高一物理必修一 運動學實驗(新課)

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1、第4講 實驗：研究勻變速直線運動 知識梳理 一、實驗目的 1. 練習使用打點計時器，學會用打上點的紙帶研究物體的運動． 2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法． 3．會利用紙帶測定勻變速直線運動的加速度． 二、實驗原理 1．打點計時器 (1)作用：計時儀器，每隔0.02s打一次點． (2)工作條件: 電磁打點計時器：6 V以下交流電源 電火花計時器：220 V交流電源 (3)紙帶上點的意義： ① 表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置； ② 通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動情況． 2．利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法

2、 設x1、x2、x3、x4……為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，假如△x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=……=常數(shù)，即連續(xù)相等的時間間隔內的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動． 3．由紙帶求物體運動速度的方法 根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度vn=(xn+xn+1)/2T 4．由紙帶求物體運動加速度的方法 （1）利用△s=aT2 （2）利用Sm-Sn=(m-n)aT2 *（3）利用“逐差法”求加速度. “逐差法”求加速度的目的是盡可能多地使用我們測量的數(shù)據(jù)，以減小偶然誤差． 設T為相鄰兩計數(shù)點之間的

3、時間間隔，則: a1=(x4-x1)/3T2 ,a2=(x5-x2)/ 3T2,a3=(x6-x3)/ 3T2 加速度的平均值為:a=(a1+a2+a3)/3 (4) 用v-t圖象求加速度:求出打各個計數(shù)點時紙帶的瞬時速度，再作出v-t圖象，圖線的斜率即為做勻變速直線運動物體的加速度． 三、實驗器材 電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙． 四、實驗步驟 1. 把帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，把滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，并把打點計時器連接在電源上。 2. 把一條細繩拴

4、在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打點計時器的復寫紙下，并把它的一端固定在小車的后面。 3. 把小車停止靠近打點計時器處，接通電源等打點計時器計時穩(wěn)定后，放開小車。 4. 換上新紙帶，重復實驗3次 五、注意事項 1．使用打點計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作后，再釋放紙帶． 2．釋放物體前，應使物體停在靠近打點計時器的位置． 3．使用電火花計時器時應注意把兩條白紙帶正確穿好墨粉紙盤夾在兩紙帶之間；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶通過限位孔，壓在復寫紙下面． 4．小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙

5、帶上打的點過于密集． 5．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰．適當舍棄開頭密集部分，適當選取計數(shù)點，弄清楚所選的時間間隔T． 6．測x時不要分段測量，讀數(shù)時要注意有效數(shù)字的要求，計算a時要注意用逐差法，以減小誤差． 六、誤差分析 1. 本實驗參與計算的量有x和T，因此誤差來源于x和T．由于相鄰兩計數(shù)點之間的距離x測量有誤差而使a的測量結果產(chǎn)生誤差． 2．由于電源的頻率不穩(wěn)定而使T不穩(wěn)定產(chǎn)生誤差． 題型講解 1.基礎知識理解 （1）“研究勻變速直線運動”的實驗中，使用電磁打點計時器(所用交流電的頻率為50 Hz)，得到如圖所示的紙帶．圖中的點為計數(shù)

6、點，相鄰兩計數(shù)點間還有四個點未畫出來，下列表述正確的是(　　) A．實驗時應先放開紙帶再接通電源 B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍 C．從紙帶可求出計數(shù)點B對應的速率 D．相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.02 s （2）在一次實驗中，如果某同學不知道實驗所使用的交流電電源的實際頻率已超過50 Hz，那么他計算出來的平均速度值與真實值相比是(　　) A．偏大　　B．偏小　　C．相等　　D．不能確定 2. 逐差法求解加速度 如圖所示，某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)

7、點的時間間隔為T=0.10s，其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，則A點處瞬時速度的大小是_______m/s，小車運動的加速度計算表達式為________________，加速度的大小是_______m/s2（計算結果保留兩位有效數(shù)字）． S1 S2 S3 S4 S5 S6 A 1．在探究“加速度與力、質量的關系”的活動中： （1）某同學在接通電源進行實驗之前，將實驗器材組裝如圖所示。請你指出該裝置中的錯誤或不妥之處（至少兩處）：

8、 （2）改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗。下圖是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度a為 m/s2. 4.08 2.76 1.64 0.72 圖中數(shù)據(jù)單位均為：cm 2．（10分）在用接在50 Hz交流電源上的打點計時器測定小車做勻加速直線運動的加速度的實驗中，得到如圖所示的一條紙帶，從比較清晰的點開始起，每5個打印點取一個計數(shù)點，分別標上0、1、2、3、4…量得0與1兩點間的距離s1=30 mm，3與4兩點間的距離s4=48 mm，則小車在0與1兩點間平均速度為__________，小車的加速度為__________.