实验01　研究匀变速直线运动-备战2021届高考物理实验专训

实验一　研究匀变速直线运动 【实验要求】 一、实验目的 1．练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动情况． 2．会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度． 3．利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v－t图象，根据图象求加速度． 二、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片． 三、实验步骤 1．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路． 2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面．实验装置见上图，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行． 3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次． 4．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4、…，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中. 位置编号 0 1 2 3 4 5 t/s x/m v/(m·s－1) 5.计算出相邻的计数点之间的距离x1、x2、x3、…. 6．利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中． 7．增减所挂钩码数，再做两次实验． 四、注意事项 1．纸带、细绳要和长木板平行． 2．释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置． 3．实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带． 【方法规律】 一、数据处理 1．匀变速直线运动的判断： (1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4、…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2. (2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v－t图象．若v－t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动． 2．求速度的方法： 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度vn＝. 3．求加速度的两种方法： (1)逐差法：即根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值 a＝＝× ＝，即为物体的加速度． (2)图象法：以打某计数点时为计时起点，利用vn＝求出打各点时的瞬时速度，描点得v－t图象，图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度． 二、误差分析 1．纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差． 2．纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率． 3．用作图法作出的v－t图象并不是一条直线．为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点． 4．在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞． 5．选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点． 6．在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条平滑曲线，让各点尽量落到这条曲线上，落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧． 【考点剖析】 考点一　对实验步骤和实验原理的考查 例1、研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出． (1)部分实验步骤如下： A．测量完毕，关闭电源，取出纸带． B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车． C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连． D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔． 上述实验步骤的正确顺序是：________(用字母填写) (2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s. (3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝________. (4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________. 【解析】　(1)正确的实验步骤为D、C、B、A. (2)相邻两个计数点间的时间间隔T＝5× s＝0.1 s. (3)匀变速直线运动一段位移内的中间时刻的瞬时速度等于该段位移的平均速度，则计数