第6讲 实验-匀变速直线运动规律-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第6讲 实验：研究匀变速直线运动规律 学习目标 明确目标 确定方向 1. 掌握打点计时器的使用方法 2. 研究匀变速直线运动规律 3. 会利用纸袋求物理运动的速度和加速度 【知识回归】 回归课本 夯实基础 【实验原理】 1．打点计时器 (1)作用 计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s 打一次点。 (2)工作条件 ①电磁打点计时器：6 V以下交流电源； ②电火花计时器：220 V交流电源。 (3)处理纸带数据时区分计时点和计数点 计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点‘与’每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s。 2．匀变速直线运动的判断 (1)若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量，即Δx＝aT2，则物体做匀变速直线运动。 (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，若图象是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动。 3．求物体瞬时速度的方法 如图所示： 则vn＝。 4．求物体加速度的方法 (1)“逐差法”求加速度 如图所示： a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，这样使所给数据全部得到利用，以提高精确度。 (2)“图象法”求加速度 求出纸带上各计数点的瞬时速度，画出v－t图线，直线的斜率即表示加速度。 【实验器材】 打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导线。 【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。实验装置见图实Ⅰ－3所示，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 时间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。 【数据处理及实验结论】 1．由实验数据得出v－t图象 (1)根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图实Ⅰ－4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．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)小车运动的v－t图象是一条倾斜的直线如图所示，当时间增加相同的值Δt，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)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落在这条直线上，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。 【误差分析】 1．根据纸带测量的位移有误差。 2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。 3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差。 4．用作图法，作出的v ­t图象并不是一条直线。 5．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。 【注意事项】 1．交流电源的电压及频率要符合要求。 2．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 3．先接通电源，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。 4．小车另一端挂的钩码个数要适当，避免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。 (2)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，所以小车的速度随时间均匀变化。 5．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