浙江省杭州育华学校2023届高考物理一轮复习讲义：实验一 研究匀变速直线运动

实验一:研究匀变速直线运动 一、实验目的 1.练习使用打点计时器，学会用打上的点的纸带研究物体的运动。 2.掌握判断物体是否作匀变速运动的方法。（ 3.测定匀变速直线运动的加速度。 二、实验原理 1.电磁打点计时器 ①工作电压：4～6V的交流电源(学生电源) ②打点周期：T=0.02s,f=50赫兹 2.电火花计时器 ①工作电压：220V的交流电源 ②打点周期：T=0.02s,f=50赫兹 ③打点原理：使用时电源插头直接插在交流220伏插座内，将裁成圆片（直径约38毫米）的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20×700毫米2）从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间，这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，在放电针和墨粉纸盘间产生火花放电，于是在纸带上上打出一列点迹，当电源频率是50赫兹时，它每隔0.02s打一次点。但放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度。也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实验。还可以用两条白纸带（或者一条长白纸带对折可看做两条纸带）夹着一条墨粉纸带做实验，下面的那条纸带因为夹在墨粉纸盒与放电针之间，作为记录结果之用。而上一条纸带用于辅助带动墨粉纸盒转动；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以使用4次（两条纸带正反面也就是四次），从而降低了实验成本。 电火花计时器使用中运动阻力极小（这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的），因而系统误差小，记时精度与交流电源频率的稳定程度一致（脉冲周期漂移不大于50微秒，这一方面也远优于电磁打点计时器），同时它的操作简易，学生使用安全可靠（脉冲放电电流平均值不大于500微安）。 2.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 0、1、2…为时间间隔相等的各计数点，、、、…为相邻两计数点间的距离,若 △s=s2-s1=s3-s2=…=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。 3.由纸带求物体运动加速度的方法 ①连续二段、四段、六段：（实验常用此种方法，且一般用连续四段或六段直接求出加速度，误差较小） ②有间隔的二段： ③由纸带求物体运动速度的方法：，作出图，求出图线的斜率即为加速度。 三、实验器材 小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、学生电源、导线两根、纸带、米尺。 四、实验步骤 1．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，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，如图所示。 2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后， 小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。 3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点,在小车到达桌子边缘之前或钩码落地前按住小车，切断电源，取下纸带,换上新纸带,重复实验三次。 4．选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点,确定好计数始点0,标明计数点1，2，3……,正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值。也可求出各计数点对应的速度,作v-t图线,求得直线的斜率即为物体运动的加速度。 五、注意事项 1．应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器，要在钩码落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码.要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料档板，防止车掉在地上或撞坏滑轮，纸带打完后及时断开电源。 2．小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无多大区别.小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7～8个计数点为宜。 3．应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，选取的记数点不少于6个。 4．不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离以减小读数误差，读数时应估读到毫米的下一位。 ( 例1. （ ★★★ ） 现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示．拍摄时频闪频率是 10Hz ；通过斜面上固定的刻度尺读取的 5 个连续影像间的距离依次为 x 1 、 x 2 、 x 3 、 x 4 . 已知斜面顶端的高度 h 和斜面的长度 s . 数据如下表所示．重力加速度大小 g 取 9.80 m/s 2 . 单位： cm x 1 x 2 x 3 x 4 h s 10.76 15.05 19.34 23.65 48