北京市第十一中学2023届高考物理二轮复习实验专题讲义：实验一 研究匀变速直线运动

实验一: 研究匀变速直线运动 1.实验目的: 1.练习正确使用打点计时器,学会利用打上点的纸带研究物体的运动. 2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx=aT2). 3.测定匀变速直线运动的加速度. 2.实验器材: 电火花计时器(或电磁打点计时器),一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片. 3.实验过程: 1.仪器安装 (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,细绳跨过定滑轮,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.实验装置见图1所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行. 图1 2.测量与记录 (1)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. (2)从三条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点,从后边便于测量的点开始确定计数点,为了计算 方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即T=0.1 s.正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计的表格中 (3)利用某一段时间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的瞬时速度. (4)增减所挂钩码数,再重复实验两次. 3.数据处理及实验结论 (1)由实验数据得出v-t图象 ( 图 2 )①根据表格中的v、t数据,在平面直角坐标系中仔细描点,如图2 所示可以看到,对于每次实验,描出的几个点都大致落在一条直线上. ②作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的点,应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验的v-t图象,它是一条倾斜的直线. ( 图 3 )(2)由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律,有两条途径进行分析 ①分析图象的特点得出:小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线如图3所示,当时间增加相同的值Δt时,速度也会增加相同的值Δv,由此得出结论:小车的速度随时间均匀变化. ②通过函数关系进一步得出:既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成“线性关系”,小车的速度随时间均匀变化. 注意事项 1.交流电源的电压及频率要符合要求. 2.实验前要检查打点计时器打点的稳定性和清晰程度,必要时要调节振针的高度和更换复写纸. 3.开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器. 4.先接通电源,打点计时器工作后,再放开小车,当小车停止运动时及时断开电源. 5.要区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点,一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点,即时间间隔为T=0.02×5 s=0.1 s. 6.小车另一端挂的钩码个数要适当,避免因速度过大而使纸带上打的点太少,或者速度太小,使纸带上的点过于密集. 7.选择一条理想的纸带,是指纸带上的点迹清晰.适当舍弃开头密集部分,适当选取计数点,弄清楚相邻计数点间所选的时间间隔T. 8.测x时不要分段测量,读数时要注意有效数字的要求,计算a时要注意用逐差法,以减小误差. ( 例1. ( ★★ ) 在 “ 测定匀变速直线运动的加速度 ” 的实验中,某同学的操作步骤如下,其中错误的步骤有_. A.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带,再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上,并接好电源 C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上合适的钩码 D.取下纸带 E.将平板一端抬高,轻推小车,使小车能在平板上做加速运动 F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔 _ 将以上步骤完善并填写在横线上(遗漏的步骤可编上序号G、H …… );实验步骤的合理顺序为:_. ) 【考点】实验步骤和操作 【解析】实验操作过程应先接通电源; 【答案】A G.换上新纸带重复实验三次 BEFCADG 【教学建议】教科书本上的实验,我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚,同时加强基础知识的应用,提高解题能力. ( 例2. ( ★★ ) (1)在做“测定匀变速直线运动加速度”的实验中,取下一段如图所示的纸带研究其运动情况.设O点为计数的起始点,在四个连续的计数点中,每相邻两计数点间的时间间隔为0.1s,若物体做理想的匀加速直线运动,则计数点“A”与起始点O之间的距离x 1 为 4.00 cm,打计数点“A”时物体的瞬时速度为 0.500 m/s,物体的加速度为 2.00 m/s 2 (结果均保留3位有效数字). (2)在利用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中 ① 备有如下器材:A.打点计时器;B.直流电源;C.交流电源;