实验一研究匀变速直线运动
实验1：测定匀变速直线运动的加速度
实验一：研究匀变速直线运动，测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器） 实验原理1．打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s 打一次点（由于电源频率是50Hz ），纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。
2．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，s 1、s 2、s 3、……为相邻两计数点间的距离，若2132........s s s s s ∆=-=-==恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。
右图为打点计时器打下的纸带。
选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O ，然后（每隔5个间隔点）取一个计数点A 、B 、C 、D …。
测出相邻计数点间的距离s 1、s 2、s 3 … 利用打下的纸带可以：求任一计数点对应的即时速度v ：2Ts s 1)(n n ++==v v n ；如Ts s v c 232+=(其中T=5×0.02s=0.1s ） 3．由纸带求物体运动加速度的方法： (1)利用上图中任意相邻的两段位移求a ：如223T s s a -= (2)用“逐差法”求加速度：即根据2415263s 3s s s s s aT -=-=-=（T为相邻两计数点间的时间间隔）求⇒++=⇒===3a a a a 3T s -s a ;3T s -s a ;3T s -s a 321236322522141()()23216549T s s s s s s a ++-++=再算出a 1、a 2、a 3的平均值即为物体运动的加速度。
(3)用v-t 图法：即先根据2Ts s 1)(n n ++=nv ；求出打第n 点时纸带的瞬时速度，再求出A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的即时速度，画出如图的v-t 图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。
4 实验一 探究匀变速直线运动的特点
实验一 研究匀变速直线运动一、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。
二、实验原理1．处理纸带数据时区分计时点和计数点计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。
计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为5T 。
2．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v n ＝x n ＋x n ＋12T来计算。
3．利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法根据x 4－x 1＝x 5－x 2＝x 6－x 3＝3aT 2(T 为相邻计数点之间的时间间隔)，求出a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2，然后取平均值，即a ＝a 1＋a 2＋a 33＝x 4＋x 5＋x 6－（x 1＋x 2＋x 3）9T 2，即为物体的加速度。
在数据处理时可以对纸带重新分段，把6段距离分为“前三”和“后三”，“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内的位移差，时间间隔为3T 。
(2)图象法利用v n ＝x n ＋x n ＋12T求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出v －t 图象，用v －t 图象的斜率求物体运动的加速度。
三、数据处理1．由实验数据得出v －t 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v －t 图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。
2．由实验得出的v－t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v－t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。
实验一 研究匀变速直线运动
实验一研究匀变速直线运动一、基本原理与操作原理装置图操作要领①不需要平衡摩擦力。
②不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量。
(1)平行：细绳、纸带与长木板平行(2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置(3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带(4)防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏(5)适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集1.由纸带判断物体做匀变速运动的方法如图1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。
图12.由纸带求物体运动速度的方法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即v n＝x n＋x n＋12T。
3.利用纸带求物体加速度的两种方法(1)用“逐差法”求加速度即根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1＝x4－x13T2、a2＝x5－x23T2、a3＝x6－x33T2，再算出平均值即a ＝x 4＋x 5＋x 6－x 1－x 2－x 39T 2。
(2)用图象法求加速度即先根据v n ＝x n ＋x n ＋12T 求出所选的各计数点对应的瞬时速度，后作出v －t 图象，图线的斜率即物体运动的加速度。
认识“两种仪器”(1)作用：计时仪器，接频率为50 Hz 交变电流，每隔0.02 s 打一次点 (2)工作条件⎩⎨⎧电磁打点计时器：4～6 V 交流电源电火花计时器：220 V 交流电源区别“两种点”(1)计时点和计数点计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s ；计数点是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。
(2)纸带上相邻两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计时点越稀疏。
实验01 研究匀变速直线运动(解析版)
实验01研究匀变速直线运动●注意事项1.平行:纸带和细线要和长木板平行。
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,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6-7个计数点为宜。
5.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线。
●误差分析1.使用刻度尺测量计数点间距离时有误差。
2.作v-t图象时出现作图误差。
3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同。
4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差。
【典例1】[常规实验——基本仪器及原理]打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，下图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，(1)乙图是________计时器(填“电磁打点”或“电火花”)，所接电源为频率为50Hz的__________V的________电源时(填直流或交流)，每隔_________s打一次点；(2)在某次实验中，小车拖动纸带做匀加速直线运动，打点计时器所用的电源频率为50Hz，实验得到的一条纸带如下图所示，纸带上每5个点取一个计数点，按时间顺序取A、B、C、D、E五个计数点，实验中已得出相邻两计数点间的距离如下图所示(单位：cm)①实验中，必要的措施是________(多选)；A.细线必须与长木板平行B.先释放小车再接通电源C.挂的钩码个数越多越好D.小车应从靠近打点计时器处释放②从纸带可以看出物体在做________________直线运动，在计数点B所代表的时刻，小车运动的瞬时速度大小为v B=__________m/s，小车的加速度大小为a=___________m/s2(保留三位有效数字．．．．．．)。
实验一 研究匀变速直线运动
一、误差和有效数字 1.测量误差按其产生的原因和性质可分为 系统误差 和 偶然误差两类。 2.测量误差按分析数据可分为绝对误差和相对误差两类。 绝对误差是测量值与真实值之差,它反映测量值偏离真 实值的大小,它表示一个测量结果的可靠程度,但在比较不 , 同测量对象时则不适用。相对误差是绝对误差与真实值之比 常用百分数表示,它反映了实验结果的精确程度。例如两物 体的长度分别为 1 cm 和 100 m,误差分别为 0.1 cm 和 1 m, 后者测量相对误差更小,可靠程度要高些。
图实14
(1)下表列出了打点计时器打下 B、C、F 时小车的瞬时速度， 请在表中填入打点计时器打下 D、E 两点时小车的瞬时速度。(保 留三位有效数字)
位置
速度(m·s－1)
B
0.737
(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，则 x1、
x3－x2＝x2－x1 x2、x3 的关系是____________________ ，已知打点计时器打点的 x2＋x3 10t 时间间隔是 t，则打 c 点时小车的速度大小是_______________ 。
考查匀变速直线运动的判断 考查由纸带求物体运动速度的方法 连续相等时间内的位移之差为恒量，即x2－x1＝x3 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速 －x2＝x4－x3＝… ＝恒量，物体做匀变速直线运动。 x ＋x ＋
一、误差和有效数字
1.测量误差按其产生的原因和性质可分为 系统误差 和 偶然误差两类。 (1)系统误差 ①产生的原因:系统误差主要是由仪器本身的缺陷、公 式和实验原理不够严密等原因造成的。 ②特点:实验结果相对真实值的偏差总是具有相同的倾向 性,即总是偏大或偏小. ③减小系统误差的方法:改善实验原理、提高实验仪器的 测量精度、改善实验条件和实验环境等。 (2)偶然误差 ①产生的原因:偶然误差主要是由各种偶然因素引起的。 ②特点:有时偏大,有时偏小,且偏大和偏小的机会均等。 ③减小偶然误差的方法:多次测量 求平均值。
实验一 研究匀变速直线运动
答案:(1) d6 d4 10T
︱高中总复习︱一轮·物理
(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图(乙)所给坐标系中
作出v-t图像,并求物体的加速度a=
m/s2;
︱高中总复习︱一轮·物理
解析:(2)作出 v t 图像,a= v = 0.29 0.125 m/s2≈0.413 m/s2; t 0.5 0.1
︱高中总复习︱一轮·物理
完成下列填空:
(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小,用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,
则 v 与 vA,a 和Δ t 的关系式为 v =
.
(2)由图(c)可求得vA=
cm/s,a=
cm/s2.(结果保留三位有效数字)
解析:(1)设遮光片末端到达光电门的速度为 v,则由速度时间关系可知,v=vA+aΔt,且 v = vA v , 2
︱高中总复习︱一轮·物理
实验一 研究匀变速直线运动
实验基础 核心探究
︱高中总复习︱一轮·物理
实验基础
解读实验·萃取精华
︱高中总复习︱一轮·物理
●注意事项 1.两先两后: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. 2.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮 相撞. 3.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能 在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜. 4.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致 误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线. ●误差分析 1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差. 2.作v-t图像时出现作图误差. 3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同. 4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差.
专题一 实验一：研究匀变速直线运动
解析：(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图乙知， 从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从 右向左运动；(2)已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴， 所以相邻两水滴间的时间间隔为 Δt＝3405 s＝23 s，所以 A 点位置 的速度为 vA＝0.1172＋Δt0.133 m/s＝0.19 m/s，根据逐差法可求加 速度(x4＋x5)－(x1＋x2)＝6a(Δt)2，解得 a＝0.038 m/s2.
图 S1-3
解析：(1)实验时细线必须与长木板平行，否则小车不做匀 变速直线运动，A 正确；实验开始时要先接通电源，待打点稳 定后再释放小车，B 正确；此实验中只需保证小车做匀加速运 动，不用考虑小车与钩码的质量关系及平衡摩擦力的问题，C、 D 错误.
(2)两点的时间间隔为 0.1 s，由逐差法可以得出 a＝ s6＋s5＋s49－T2s3－s2－s1＝0.80 m/s2，打点计时器在打 B 点时小车 的速度 vB＝s12＋Ts2＝0.40 m/s.
答案：(1)0.56 0.96 (2)2.0
考点 1 实验原理与操作 【典题 1】(2016 年天津卷)某同学利用如图S1-2 所示装置 研究小车的匀变速直线运动.
图 S1-2
(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
(4)Δt 越小，则 Δx 越接近计数点的瞬时速度，所以Δt 越小越 Δt
好，计算速度需要用到Δx 的测量值，所以Δx 大小与速度测量 的误差有关.
(5)如果小球的初速度为 0，其速度 v∝t，那么它通过的位 移 x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以 检验小球的速度是否随时间均匀变化.(要检验小球的速度是随 时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，
实验1_研究匀变速直线运动(上课用)
【例4】一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心垂直于 盘面的水平轴转动.用下面的方法测量它匀速转动时的 角速度. 实验器材:电磁打点计时器、米尺、纸带、复写纸片. 实验步骤: (1)如右图所示,将电磁打点计时器 固定在桌面上,将纸带的一端穿过 打点计时器的限位孔后,固定在待 测圆盘的侧面上,使得圆盘转动时, 纸带可以卷在圆盘侧面上.
,
【实验器材】 电磁打点计时器 (或电火花计时器)、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.把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并 使滑轮伸出桌面,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上,细绳跨过滑轮,下边挂上合适的 钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的 后面.实验装置见图所示, 放手后,看小车能否在木板上平 稳地加速滑行. 3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,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,重复三次.
【数据处理】 数据处理】 由实验数据得出v 图象.根据表格中的v 由实验数据得出v-t图象.根据表格中的v、t数据,在 数据, 平面直角坐标系中仔细描点，再用平滑曲线连接各点， 平面直角坐标系中仔细描点，再用平滑曲线连接各点， 就得到本次实验的v 图象，它应该是一条倾斜的直线. 就得到本次实验的v-t图象，它应该是一条倾斜的直线. 如图可以看到,对于每次实验, 如图可以看到,对于每次实验,描出的几个点都大致落 在一条直线上. 在一条直线上. 作图线时要注意： 作图线时要注意：要使同一次实验得到的各点尽量 落到直线上,落不到直线上的点, 落到直线上,落不到直线上的点,应均匀分布在直线的 两侧。连线时不能画成折线，不能出现折角， 两侧。连线时不能画成折线，不能出现折角，必须用 折线 折角 平滑曲线连接各点。 平滑曲线连接各点。 连接各点
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s/m v/(m·s-1)
实验一研究匀变速直线运动
5.计算出相邻的计数点之间的距离Δs1、Δs2、
Δs3……
锦囊妙诀 测a要用计时器,速度等于位移时间比
(vn=
sn sn1 2T
),使用刻度尺量位移,周期是0.02
s,
交流电压4 V～6 V,利用推论(Δs=aT2)求加速.
6.利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间
时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的
瞬时速度,填入上面的表格中.
7.增减所挂钩码数,再做两次实验.
实验一研究匀变速直线运动
【数据处理】
由实验数据得出v-t图象.
(1)根据表格中的v、t数据,在
平面直角坐标系中仔细描点，
如图3可以看到,对于每次实验,
实验一研究匀变速直线运动
【实验器材】 打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木 板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导 线、复写纸片.
【实验步骤】 1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸
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上,细绳跨过滑轮,下边挂 上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它 的一端固定在小车的后面.实验装置见图2所示, 放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行.
实验一研究匀图变1速0直线运动
图11
(4)根据st－t 图线判断，在打 0 计数点时，小车的速度
v0＝
m/s；它在斜面上运动的加速度
a＝
m/s2.
实验一研究匀变速直线运动
解析 (1)还需要的实验器材有电压合适的 50 Hz 交流电 源和刻度尺； (2)用毫米刻度尺读数，注意要估读一位，则 s2＝2.98 cm， s5＝13.20 cm； (3)描点连线如下图所示
图3
描出的几个点都大致落在一条直线上.
(2)做一条直线,使同一次实验得到的各点尽量
落到这条直线上,落不到直线上的点,应均匀分
布在直线的两侧,这条直线就是本次实验v-t图象,
它是一条倾斜的直线.
实验一研究匀变速直线运动
【实验结论】
由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速
度随时间变化的规律.
有两条途径进行分析：
2T
图1 (2)“逐差法”求加速度，即 a1＝s43－T2s1，a2＝s53－T2s2，a3＝s63－T2s3，然后取平均值，即 a ＝ a1＋a32＋a3，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确性． (3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点 的速度，画出 v—t 图，直线的斜率即加速度．
t t t
(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移 分别为s1,s2,s3,s4……,若Δs=s2-s1=s3-s2=s4-s3= ……,则说明物体在做匀变速直线运动,且Δs=aT2.
实验一研究匀变速直线运动
3.速度、加速度的求解方法
(1)“平均速度法”求速度,
即vn=
(sn sn1) ,如图1所示.
图5
图6
实验一研究匀变速直线运动
答案 s1,s6或37.5,193.5 s1,s2,s3,s4,s5,s6或 37.5,69.0,100.5,131.5,163.0,193.5 B 偶然 阻力(空气阻力,振针的阻力,限位孔的阻 力,复写纸的阻力等),交流电频率不稳定,长度 测量,数据处理方法等
实验一研究匀变速直线运动
【注意事项】 1.纸带和细绳要和木板平行,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50 cm的纸带上 清楚地取出6～7个计数点为宜.
实验一研究匀变速直线运动
实验一研究匀变速直线运动
图2 3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,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 三次.
实验一研究匀变速直线运动
4.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开 始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找 一个开始点,以后依次每五个点取一个计数点, 确定好计数始点,并标明0、1、2、3、4……,测 量各计数点到0点的距离s,并记录填入表中.
图7
答案
s3＋s4 2T
图8
s3＋s4－s1－s2 4T2
实验一研究匀变速直线运动
【例 2】 某同学用图 9 所示的实验装置研究小车在 斜面上的运动．实验步骤如下：
图9
实验一研究匀变速直线运动
a．安装好实验器材． b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运 动，重复几次．选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开 始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔 取一个计数点，如图 10 甲中 0、1、2……6 点所示．
(1)小车运动的v-t图象是一条
倾斜的直线如图4，当时间增
加相同的值Δt,速度也会增加
图4
相同的值Δv,由此得出结论：小车的速度随时
间均匀变化.
(2)既然小车的v-t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,所以小车的速度
随时间均匀变化.
实验一研究匀变速直线运动
【误差分析】 1.打点计时器的计时误差. 2.纸带的测量误差.
实验一研究匀变速直线运动
图12
图13
实验一研究匀变速直线运动
素能提升
一、选择题(1单选题，2双选题)
实验一 研究匀变速直线运动
要点归纳
【实验目的】 用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律.
【实验原理】 1.打点计时器 (1)作用：计时仪器,每隔0.02 s打一次点. (2)工作条件： ①电磁打点计时器：4 V～6 V的交流电源. ②电火花计时器：220 V的交流电源.
实验一研究匀变速直线运动
(3)纸带上各点的意义: ①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置. ②通过研究纸带上各点之间的间隔,可以判断 物体的运动情况. 2.利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 (1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时 刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、……,若v2-v1= v3-v2=v4-v3=……,则说明物体在相等时间内速度 的增量相等,由此说明物体在做匀变速直线运动, 即a= vv1 v2=……