第一章 实验1 研究匀变速直线运动-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

实验 1　 研究匀变速直线运动 一、实验目的 1. 练习使用打点计时器,学会用纸带上的数据研究物体的 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. 能利用纸带上的数据画出小车运动的 v - t 图像,根据图 像求加速度. 二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、一端带有滑轮的长木 板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、复写纸片. 　 　 注意:电磁打点计时器用 4 ~ 6 V、50 Hz 的交流电源,电火 花计时器用 220 V、50 Hz 的交流电源. 三、实验步骤 1. 安装实验装置. 2. 把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,待打点稳 定后释放小车,一段时间后,断开电源,取下纸带. 3. 更换纸带,重复操作,得到多条纸带. 4. 挑选纸带,确定计数点,测相邻计数点间的距离. 四、数据处理 1. 利用纸带判断物体运动状态的方法:设纸带上连续相等 时间 T 内的位移分别为 x1 、x2 、x3 、x4 、…、xn-1 、xn、xn+1 ,纸带上任 意相邻两计数点间的位移差为 Δx. (1) 若 Δx = xn+1 - xn 为零,则说明物体做匀速直线运动. (2) 若 Δx = xn+1 - xn 为非零常数,则说明物体做匀变速直 线运动. 2. 利用纸带求瞬时速度的方法:如图所示,B 点的瞬时速度 等于 AC 段的平均速度,即 vB = x1 + x2 2T . 3. 利用纸带求加速度的方法: (1) 用逐差法求加速度:根据 x4 - x1 = x5 - x2 = x6 - x3 = 3aT2 ,求出 a1 = x4 - x1 3T2 、a2 = x5 - x2 3T2 、a3 = x6 - x3 3T2 ,再算出平均 值 a = a1 + a2 + a3 3 = x4 + x5 + x6 - x1 - x2 - x3 9T2 . (2) 用 v - t 图像的斜率求加速度:a = Δv Δt . 五、注意事项 1. 纸带和细绳要与长木板平行,小车运动要平稳. 2. 实验时应先接通电源,后让小车运动;实验后先断开电 源,后取纸带. 3. 要防止钩码落地和小车与滑轮相撞. 4. 小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速 度大小以能在约 50 cm 的纸带上清晰地取 6、7 个计数点为宜. 5. 选择一条理想的纸带,是指纸带上的点迹清晰,舍弃打 点密集的部分, 适当选取计数点(注意计数点与计时点的区 别),弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少. 六、误差分析 实验参与计算的量有计数点间距和打点周期,因此误差主要 来源于相邻两计数点之间距离的测量和电源频率的不稳定性. (1) 交流电源的频率变化引起误差:交流电源的频率出现 波动时,打点周期会随之改变. 频率升高时,打点周期减小,由 于计算时仍按照原打点周期值,各点的瞬时速度的测量值 vn = xn + xn+1 2T 将偏小,加速度的测量值 a = Δx T2 也会偏小. (2) 位移的测量引起误差:如果各计数点间的位移较小或 相邻计数点之间的位移之差较小,位移测量的相对误差就会较 大,从而导致速度和加速度的测量误差较大. 例 1 (2022·北京市西城区第四十三中学期中) 用图甲所 示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律. 甲 主要实验步骤如下: a. 安装好实验器材. 接通电源后,让拖着纸带的小车沿长 木板运动,重复几次. b. 选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起 点 O( t = 0),然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点,如 图乙所示. 乙 c. 通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E点时小车的速 度,分别记作 v1 、v2 、v3 、v4 、v5 . d. 以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系,在坐标 纸上描点,如图丙所示. 丙 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 21　　　直击双 1流　高考物理 结合上述实验步骤,请你完成下列任务: (1) 在下列仪器和器材中, 需要使用的有 和 (填选项前的字母) . A. 电压合适的 50 Hz 交流电源 B. 电压可调的直流电源 C. 刻度尺 D. 秒表 E. 天平(含砝码) (2) 在图丙中已标出计数点 A、B、