第1章 实验一研究匀变速直线运动的特点（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

实验一 研究匀变速直线运动的特点 一、实验目的 1.练习使用打点计时器,学会用打过点的纸带研究 物体的运动. 2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法. 3.测定匀变速直线运动的加速度. 4.学习正确分析纸带,用逐差 法 和 图 像 法 处 理 数据. 二、实验原理 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位 移和时间的关系,运用匀变速直线运动的规律, 对纸带数据进行处理. 如图所示,从计数点“0”开始每隔4个点取一个 计数点,x1,x2,…是两个相邻计数点间的距离. Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移之差, 即Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2,….T 是两个相 邻计数点间的时间间隔. 由运动学公式x1=v0T+ 1 2aT 2,x2=v1T+ 1 2aT 2,x3=v2T+ 1 2aT 2,得 Δx=x2-x1= aT2,T 是恒量,当a为恒量时,Δx也为恒量,即 做匀变速直线运动的物体的Δx必为恒量,即物 体是 否 做 匀 变 速 直 线 运 动 的 判 断 依 据 是 Δx=x2-x1=x3-x2=…=xn-xn-1=恒量. 三、实验器材 打点计时器、纸带、交流电源、导线、小车、细绳、 一端附有定滑轮的长木板、 刻度尺 、钩码. 四、实验步骤 1.仪器安装 实验装置如图所示.把附有定 滑轮的长木板放在实验桌上, 并使定滑轮伸出桌面,把打点 计时器固定在长木板上没有定 滑轮的一端,连接好电路;再把一条细绳一端拴 在小车上,另一端跨过定滑轮,下边挂上合适的 钩码;将纸带穿过打点计时器,并把它的一端固 定在小车的后面. 2.测量与记录 (1)把小车停在靠近打点计时器处,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,重复多次. (2)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍 掉开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找 一个起始点,并每隔4个点取一个计数点,即 T=0.02×5s=0.1s,把选好的起始点记为0, 第六个点记为计数点1,依次标出计数点2、3、4、 5、6.两个相邻计数点间的距离用刻度尺测出,分 别记为x1,x2,…,x6. (3)利用某一段时间内的平均速度等于这段时间 内中间时刻的瞬时速度,求得中间几个计数点的 瞬时速度. (4)增减所挂钩码个数,多做几次实验. 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋两种打点计时器的比较 名称 不同点 相同点 电 磁 打 点 计时器 接约为8V的交 流电源 电 火 花 打 点计时器 接220V的交流 电源 同为计时仪器, 接频率为50Hz 的交变电流,每 隔 0.02s打 1 次点 计时点和计数点 计时点:打点计时器打在纸带上的实际点,两个相 邻点间的时间间隔为0.02s; 计数点:人们根据需要选择一定数目的点,两个相 邻计数点间的时间间隔由选择点的规则而定. 五、数据处理 1.由纸带判断物体做匀变速运动 如图所示,0,1,2,…为时间间隔相等的各计数 点,x1,x2,x3,…为相邻两计数点间的距离,若 Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=C(常量),则与 纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动. 2.由纸带求物体运动速度 根据匀变速直线运动中某段时间内中间时刻的 瞬时速度等于这段时间内的平均速度求某时刻 的速度,即vn= xn+xn+1 2T . 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 800 3.利用纸带求加速度 (1)逐差法:根据x4-x1=(x4-x3)+(x3-x2) +(x2-x1)=3a1T2,同理有x5-x2=3a2T2, …,求出a1= x4-x1 3T2 ,a2= x5-x2 3T2 ,…,再算出平 均值,得a= (x4+x5+x6)-(x3+x2+x1) 3×3T2 ,这 就是我们所求的匀变速直线运动的加速度. (2)v􀆼t图像法:由公式可得vn= xn+xn+1 2T ,即v1= x1+x2 2T , 由公式求得物体在打点1、点2 ……点n时的瞬时速度(注:点1、点2……点n 为计数点),再作出v-t图像(如图所示),图线的 斜率即为该物体做匀变速直线运动的加速度. 六、注意事项 1.调整滑轮架的角度,使纸带、细绳与长木板面 平行. 2.实验时,应让小车从靠近打 点 计 时 器 处 开 始 运动. 3.应先接通电源,待打点计时器工作稳定后,再放 开小车;当小车停止运动时,应及时断开电源,然 后取下纸带. 4.纸带运动时,让纸带与打点计时器的限位孔在同 一直线上,有助于减小它们间的摩擦. 5.小车到达滑轮前让其停止运动,防止小车与滑轮 相撞或掉下桌面摔坏. 6.悬挂钩码的质量要适当,避免纸带打出的点太稀 疏或过于密集. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 如图甲,将长直木板B支成斜面,挡光片P 固定在小车C 的前端,光电门G 固定在木板的 侧面A 处.让小车在斜面上的同一位置O 由静 止释放,分别测得宽度Δx 为2cm、4cm、6cm、 8cm、10cm的不同挡光片的挡光时间Δt(每次 实验时挡光片的前沿均与小车的前端对齐),并 计算 出 各 次 挡 光 片 通 过 光 电 门 的 平 均 速 度 􀭵v(􀭵v=ΔxΔt ),画出􀭵v􀆼Δt图像如图乙. 甲 乙 (1)实验中挡光片的宽度是多少时,求得的速度 最接近小车过A 点时的瞬时速度? ( A ) A.2cm B.6cm C.10cm D.8cm (2)小 车 前 端 过 A 点 时 的 瞬 时 速 度 大 小 为 0.380 m/s. (3)小车的加速度大小为 0.736 m/s2. 解析:(1)根据􀭵v=ΔxΔt 得挡光片宽度越小,Δx Δt 越 接近小车过A 点时的瞬时速度,故选A. (2)图像与纵坐标的交点为过 A 点时的速度大 小,因此根据图像有vA=0.380m/s. (3)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等 于该过程的平均速度,可得挡光片通过光电门的 平均速度􀭵v=vA+ 1 2aΔt ,在􀭵v􀆼Δt图像中,图像的 斜率大小等于物体的加速度的1 2 ,则有a 2=k= Δv Δt= 0.472-0.380 250×10-3 m/s2=0.368m/s2,解 得 a=0.736m/s2. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 900