实验04　实验：研究自由落体运动的规律-【同步实验课】高一物理教材实验大盘点（人教版2019必修一册）

实验01 研究自由落体运动的规律 研究自由落体运动的规律 1．【实验原理】 利用打点计时器打下的纸带研究自由落体运动的规律。 2．【实验器材】 电火花计时器(或电磁打点计时器)、铁架台、重物（带夹子）、纸带、刻度尺、导线、电源、复写纸片。 3．【实验步骤】 猜想：初速度为零的匀加速直线运动。 验证：利用打点计时器打下的纸带研究自由落体运动的规律。 得出结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 4．【数据处理】 (1)分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。 (2)利用逐差法求解重力加速度 a1＝，a2＝，a3＝ a＝＝。 (3)利用平均速度求瞬时速度：vn＝。 (4)利用速度—时间图像求重力加速度 ①作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解重力加速度； ②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解重力加速度。 5．【注意事项】 (1)两先两后：实验中应先接通电源，后让重物运动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带。 (2)防止碰撞：防止重物落地。 (3)选纸带时应选点迹清晰的，且舍去打点密集部分。 (4)注意区别计时点和计数点，明确计数点间的时间间隔。 (5)减小误差：计算重力加速度大小时以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。 (6)小车从靠近打点计时器位置释放。 (7)作图像时，纵、横坐标轴单位的选取要适当，同时注意连线的原则。 处理实验数据的方法 Ⅰ．计算连续相等时间内的位移之差Δs（是一个常数） Ⅱ．描绘v-t图像（速度随时间均匀增大） Ⅲ．描绘s-t2图像（可以得出s∝t2） 创新角度：实验装置的改进、原理的创新 【典例1】某学习小组用如图甲所示装置测量当地的重力加速度。本实验所用器材有：铁架台、电源、电磁铁、光电门、数字计时器、小球和刻度尺。实验中将铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，在电磁铁下方适当位置固定两个位置可调节的光电门A、B，A、B均与数字计时器N相连，小球与光电门A、B在同一竖直线上。 (1)实验前先用游标卡尺测量小球的直径，测量结果如图乙所示，则小球的直径为d＝________cm。 (2)接通电磁铁M的开关，吸住小球；测出两光电门的高度差h；断开M的开关，小球自由下落，数字计时器记录小球经过光电门A、B的时间分别为t1、t2，则可求得重力加速度g＝________。(用测得的物理量符号表示) (3)若实验中发现光电门A出现故障，不能使用，则用剩余器材________(选填“能”或“不能”)正确测得重力加速度。 创新点分析 (1)利用光电门测小球经过光电门的速度。 (2)利用v22－v12＝2gh或v2＝2gh计算重力加速度的大小。 【典例2】“筋膜枪”是利用内部电机带动“枪头”高频冲击肌肉，缓解肌肉酸痛的装备．某同学为了测量“枪头”的冲击频率，如图(a)将带限位孔的塑料底板固定在墙面上，“枪头”放在限位孔上方，靠近并正对纸带．启动筋膜枪，松开纸带，让纸带在重锤带动下穿过限位孔，“枪头”在纸带上打下系列点迹．更换纸带，重复操作，得到多条纸带，选取点迹清晰的纸带并舍去密集点迹，完成下列实验内容： (1)该同学发现点迹有拖尾现象，他在测量各点间距时，以拖尾点迹左边为测量点，如图(b)．①纸带的________(选填“左”或“右”)端连接重锤；②取重力加速度为9.8 m/s2，可算得“枪头”的冲击频率为________ Hz，A点对应的速度为________ m/s；(计算结果均保留两位有效数字) (2)该次实验产生误差的原因有 A．纸带与限位孔间有摩擦力 B．测量各点间的距离不精确 C．“枪头”打点瞬间阻碍纸带的运动 其中最主要的原因是________(选填“A”“B”或“C”)． 创新点分析 测“枪头”的冲击频率。 【典例1】(2020·江苏卷·11改编)网课期间，小明同学在家自主开展实验探究．用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示． (1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是________． (2)下列主要操作步骤的正确顺序是________．(填写各步骤前的序号) ①把刻度尺竖直固定在墙上 ②捏住小球，从刻度尺旁静止释放 ③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置 ④打开手机摄像功能，开始摄像 (3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图乙所示．已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为 s，刻度尺的分度值是1 mm，由此测得重力加速度为________ m/s2. (4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向．从该视频中截取图片，________(填“仍能”或“不能”)