《高考物理新编大一轮总复习》实验一 研究匀变速直线运动

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实验一　研究匀变速直线运动
一、实验目的
1．练习正确使用打点计时器，学会利用打上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(Δx＝aT2)。
3．测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验原理
1．打点计时器
(1)电磁打点计时器：6 V 以下交流电源。
(2)电火花计时器：220 V 交流电源。
(3)当所用交流电源的频率 f＝50 Hz 时，每隔 0.02 s 打一次点。若交流电的频率变化，
对应打点时间间隔也会发生变化。
2．匀变速直线运动的判断
(1)若物体在连续相等时间 T内的位移之差 Δx为一恒量，即 Δx＝aT2，则物体做匀变速
直线运动。
(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的 vt图象，若图象是一
条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动。
3．由纸带计算某点的瞬时速度
根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度计算。
4．利用纸带求物体加速度的两种方法
(1)逐差法
根据 x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔)，求出 a1＝，a2
＝，a3＝，然后取平均值，即a＝＝，即为物体的加速度。
(2)图象法
利用 vn＝求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出 vt图象，用 vt图象的斜率求物体
运动的加速度。
三、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。
1
四、实验步骤
1．按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，细绳跨过滑轮，下端挂适量的钩码，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，先接通电源、后放开小车。
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。
五、数据处理
1．由实验数据得出 vt图象。
(1)根据表格中的 v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。
(2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点
应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的 vt图线，它是一条倾斜的直线，如图
所示。
2．由实验得出的 vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。
(1)直接分析图象的特点得出。小车运动的 vt图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时
间增加相同的值 Δt时，速度也会增加相同的值 Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均
匀变化。
(2)通过函数关系进一步得出。既然小车的 vt图象是一条倾斜的直线，那么 v随t变化
的函数关系式为 v＝kt＋b，显然 v与t呈线性关系，小车的速度随时间均匀变化。
3．用 Δx＝aT2对纸带进行分段，计算加速度。若纸带上计数段为偶数，直接分为前后
两段计算，若纸带计数段为奇数，可以舍掉首段或中间一段进行计算。
六、误差分析
1．根据纸带测量的位移有误差。
2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。
3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差。
4．用作图法，作出的 vt图象并不是一条直线。
5．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速
度。
2
七、注意事项
1．纸带和细绳要和长木板平行，小车运动要平稳。
2．实验中应先接通电源，后让小车运动；实验后应先断开电源后取纸带。
3．要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4．小车的加速度适当大些可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm 长的
纸带上清楚地打出 6～7个计数点为宜。
考点一　教材原型实验
[例1]　某同学利用图所示装置研究小车的匀变速直线运动。
(1)实验中，必要的措施是____________。
A．细线必须与长木板平行
B．先接通电源再释放小车
C．小车的质量远大于钩码的质量
D．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为 50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部
分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41
cm ，x3＝5.19 cm ，x4＝5.97 cm ，x5＝6.78 cm ，x6＝7.64 cm 。 则 小 车 的 加 速 度 a＝
____________ m/s2(要求充分利用测量的数据 )，打点计时器在打 B点时小车的速度 vB＝
____________ m/s。(结果均保留两位有效数字)
[解析]　(1)实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项 A正确；实验
时要先接通电源再释放小车，选项 B正确；此实验中不需要考虑质量与加速度的关系，故
没必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项 C错误；此实验中不需平衡小车与长木板间
的摩擦力，选项 D错误。
(2)两计数点间的时间间隔 T＝0.1 s，由逐差法可得
a＝
＝ m/s2
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