第二章 第三节 测量匀变速直线运动的加速度-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，粤教版）

第三节　测量匀变速直线运动的加速度 一、实验目的 1.会用打点纸带判断小车的运动情况,会求小车的加速度. 2.会用图像法处理实验数据. 二、实验装置图 三、实验原理 1.利用打点纸带记录的运动信息,应用Δs=aT2,计算小车的加速度. 2.利用打点纸带记录的运动信息,应用=计算各个时刻对应的速度,作出速度—时间图像,图线的斜率表示加速度. 四、实验器材 　电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源(或220 V交流电源)、复写纸、纸带、导线、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺等. 五、实验步骤 1.把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮端伸出桌面,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前端,使细绳跨过定滑轮,把纸带穿过打点计时器的限位孔,并把纸带的一端固定在小车尾部正中央.细绳、纸带与木板平行,且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上.把小车停在靠近打点计时器的位置,细绳下边挂上适量的钩码. 3.接通电源后,释放小车,让小车拖着纸带运动,适时阻止小车与定滑轮相碰,打点计时器就在纸带上打下一行小点,随后立即关闭电源. 4.更换纸带,按以上步骤再做两次实验. 5.设计实验数据记录表格,分析处理实验数据. 一、数据处理 1.计数点的选取与测量 从三条纸带中选择一条点迹最清晰的,不考虑开头一些过于密集的点,找一个便于测量的点作为计数起点(0点).可依次每五个点取一个计数点,并标明0,1,2,3,4…相邻两计数点间的时间间隔(T=0.1 s)作为一个时间单位. 如图所示,用毫米刻度尺测量相邻计数点之间的距离s1、s2、s3…并记录填入表中. 计数点 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 sn/m — vn/(m·s-1) — — 2.加速度的计算 (1)若s2-s1=s3-s2=…=sn+1-sn=常数,则小车做匀变速运动. (2)由Δs=aT2可得出a1=,a2=,a3=,则小车加速度的平均值 =. 3.瞬时速度的计算和记录 由于各计数点之间的时间间隔相同,可以利用两个连续相等时间里的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,一般运用v1=,v2=,v3=…vn=计算,然后将对应的时刻和瞬时速度填入设计的表格中. 4.图像法分析数据 (1)建立坐标系. ①以速度v为纵轴,时间t为横轴建立直角坐标系. ②定标度、描点:坐标轴的标度选取要合理,并根据表格中的数据在坐标系中描点. (2)连线:通过所描的点作图线,让这条图线通过尽可能多的点,不在线上的点大致均匀分布在图线的两侧,如图所示. 5.实验结论 若所作v-t图像是一条倾斜的直线,那么图线斜率不变,小车加速度恒定不变,求出直线斜率即为小车的加速度. 二、误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然 误差 纸带测量的位移有误差 测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离 系统 误差 木板的粗糙程度不完全相同 尽量选用粗糙程度均匀的木板 三、注意事项 1.细线、纸带保持水平状态,保证小车运动的加速度不变. 2.小车要靠近打点计时器,保证纸带上打出足够多的点. 3.钩码个数适当,便于分析实验数据和作图. 4.先接通电源后释放小车,打完纸带后立即关闭电源. 类型一　实验原理和实验过程 [例1] 某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动,实验步骤如下: 甲 A.安装好实验器材; B.让小车拖着纸带运动,打点计时器在纸带上打下一系列小点,重复几次,选出一条点迹比较清晰的纸带,从便于测量的点开始,每五个点取一个计数点,如图乙中a、b、c、d等点; C.测出x1、x2、x3… 乙 实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下列的仪器和器材中,必须使用的有　　　　.(多选)  A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.秒表 D.刻度尺 E.天平 F.弹簧测力计 解析:在实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、长木板、细绳、钩码、导线及开关外,还必须使用电压合适的50 Hz交流电源给打点计时器供电,需要用刻度尺测量计数点之间的距离,其他的不需要,故选A、D. 答案:AD 类型二　数据处理与误差分析 [例2] 甲、乙两位同学分别用不同的实验方案,做“测量匀变速直线运动的加速度”实验. (1)甲同学的实验装置如图1所示.一小车放在水平长木板上,左侧拴有一细软线,跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连,小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连,在重物的牵引下,小车在木板上向左运动.甲同学通过实验获得的纸带,如图2所示,给出了电火花计时器在纸带上打出