专题01 匀变速直线运动的研究

专题01 匀变速直线运动的研究 1.练习正确使用打点计时器； 2.会计算纸带上各点的瞬时速度； 3.会利用纸带计算加速度； 4.会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。 【实验器材】 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。 【实验步骤】 (1)按照实验原理图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源； (2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在 小车后面； (3)把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车； (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； (5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析. 【注意事项】 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行. (2)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取纸带. (3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。 (4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约 50cm 的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜 1. 数据处理 (1)目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等. (2)处理的方法 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利用逐差法求解平均加速度： ③利用平均速度求瞬时速度： ④利用速度—时间图象求加速度 a.作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度； b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 2.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1) X1 、X₂ 、X3…Xn是相邻两计数点间的距离。 (2)△x是两个连续相等的时间里的位移差：△X₁=X₂-X1；△X₂=X₃-X₂…. (3)T 是相邻两计数点间的时间间隔： T=0.02n (打点计时器的频率为50Hz,n 为两计数点间计 时点的间隔数)。 (4) △x=aT², 因为T 是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a 也为恒量，所以△x 必然是 个恒量.这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。 考向一 实验原理与实验操作 【例题1】在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤： A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源； B．将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路； C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动； D．断开电源，取下纸带； E．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面； F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔； G．换上新纸带，重复操作两次。 （1）其中有一处错误的步骤是 （填步骤前字母）；应改正为 。 （2）将改正后的步骤按合理的顺序补充完整为EB DG。 考向二 数据处理与误差分析 【例题2】在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，实验装置如图1所示。    （1）下列说法中正确的是 (填字母)。 A．连接重物和小车的细线应与长木板保持平行 B．长木板的一端必须垫高，使小车在不挂重物时能在木板上做匀速运动 C．小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车 D．选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始 （2）已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，图2是实验中打下的一段纸带。算出计数点3的速度大小为 m/s，(保留两位有效数字)并在图3中标出，其余计数点1、2、4、5对应的小车瞬时速度大小在图3中已标出。    （3）作图 并求得小车的加速度大小为 m/s2(保留三位有效数字)。 考向三 实验拓展与创新 【例题3】某校研究性学习小组的同学用如图所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加 速度，实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端， 在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2s 滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动 规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开.图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是xo₁=1.40cm，x₁2=2.15cm，x₂3=2.91cm，x34=3.65cm，x₄ s=4.4