《研究匀变速直线运动》实验.doc

word《研究匀变速直线运动》一、实验目的1.练习使用打点计时器，学会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．3．会利用纸带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)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点．(2)工作条件:电磁打点计时器：6 V以下交流电源 电火花计时器：220 V交流电源(3)纸带上点的意义：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．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 设x1、x2、x3、x4……为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假设△x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=……=常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，如此与纸带相连的物体做匀变速直线运动．3．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vn=(xn+xn+1)/2T4．由纸带求物体运动加速度的方法〔1〕利用△x=aT2〔2〕利用Xm-Xn=(m-n)aT2〔3〕利用“逐差法〞求加速度. “逐差法〞求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据，以减小偶然误差．设T为相邻两计数点之间的时间间隔，如此:a1=(x4-x1)/3T2 ,a2=(x5-x2)/ 3T2,a3=(x6-x3)/ 3T2加速度的平均值为:a=(a1+a2+a3)/3 (4)用v-t图象求加速度:求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v-t图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度．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．四、实验步骤1. 把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，把滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，并把打点计时器连接在电源上。

2. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上适宜的钩码把纸带穿过打点计时器的复写纸下，并把它的一端固定在小车的后面3. 把小车停止靠近打点计时器处，接通电源等打点计时器计时稳定后，放开小车4. 换上新纸带，重复实验3次五、须知事项1．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再释放纸带．2．释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置．3．使用电火花计时器时应注意把两条白纸带正确穿好墨粉纸盘夹在两纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面．4．小车另一端挂的钩码个数要适当，防止速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．5．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集局部，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T． 6．测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差． 六、误差分析 1.本实验参与计算的量有x和T，因此误差来源于x和T．由于相邻两计数点之间的距离x测量有误差而使a的测量结果产生误差． 2．由于电源的频率不稳定而使T不稳定产生误差．试题精选1. “研究匀变速直线运动〞的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如下列图的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，如下表述正确的答案是(　1C)A．实验时应先放开纸带再接通电源B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍C．从纸带可求出计数点B对应的速率D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s2．在一次实验中，如果某同学不知道实验所使用的交流电电源的实际频率已超过50 Hz，那么他计算出来的平均速度值与真实值相比是(　2B)A．偏大　　B．偏小　　C．相等　　D．不能确定3. 如下列图，某同学在做“研究匀变速直线运动〞实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，如此A点处瞬时速度的大小是_______m/s，小车运动的加速度计算表达式为________________，加速度的大小是_______m/s2〔计算结果保存两位有效数字〕．S1 S2 S3 S4 S5 S6A【解析】某时刻的瞬时速度等于一段时间内的平均速度：〔考虑两位有效数字〕用逐差法来计算加速度：3【答案】0.86，4. 某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图1-5-15所示．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E．测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56 cm，CD长为11.15 cm，DE长为13.73 cm，如此打C点时小车的瞬时速度大小为m/s，小车运动的加速度大小为m/s2，AB的距离应为cm．〔保存三位有效数字〕【解析】某时刻的瞬时速度等于一段时间内的平均速度：小车的加速度：由于，所以故4【答案】αAB C5.如下列图，物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑，经过B点后进入水平面〔设经过B点前后速度大小不变〕，最后停在C秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度，下表给出了局部测量数据．〔重力加速度g＝10 m/s2〕，求：t〔s〕…1214…v〔m/s〕……⑴斜面的倾角a；⑵物体与水平面之间的动摩擦因数m；⑶t＝0.6 s时的瞬时速度v．【解析】⑴由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为mg sin a＝ma1 可得：a＝30°，⑵由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为mmg＝ma2 可得：m＝0.2，⑶由2＋5t＝1.1＋2〔0.8－t〕，解得t＝0.1 s即物体在斜面上下滑的时间为0.5 s如此：t＝0.6 s时物体在水平面上，其速度为v＝v＋a2t＝2.3 m/s5【答案】⑴a＝30°；⑵m＝0.2；〔3〕2.3 m/s6.某同学用如下列图的实验装置研究小车在斜面上的运动．实验步骤如下：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．选出一条点迹比拟清晰的纸带，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1中0、1、2……6点所示．c．测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离，分别记作：S1、S2、S3……S6．d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀速直线运动．e．分别计算出S1、S2、S3……S6与对应时间的比值．打点计时器小车纸带接电源f．以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，划出—t图线．结合上述实验步骤，请你完成如下任务：①实验中，除打点与时器〔含纸带、复写纸〕、小车、平板、铁架台、导线与开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有和．〔填选项代号〕A．电压适宜的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 F．重锤②将最小刻度为1 mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图2所示，如此S2＝cm，S5＝cm．③该同学在图3中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出—t图．④根据—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/s2．6【解析】①打点计时器使用的电源为交流电源，利用刻度尺测量各点之间的距离． ②由刻度尺的最小刻度为mm，故要估读到0.1mm，即要读到0.01cm位．③因为cm/s，cm/s，描出对应的两点，再连线即可得S/t-t图线． ④由图线在纵轴上的截距可求得初速度，图线的斜率如此表示加速度．6【答案】①A，C；②〔2.97~2.99〕，〔13.19~13.21〕；③图略；④〔0.16~0.20〕，〔4.50~5.10〕7. 如下列图，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度．(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需________(填字母代号)中的器材．A．直流电源、天平与砝码B．直流电源、毫米刻度尺C．交流电源、天平与砝码D．交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度．为使图线的斜率等于重力加速度，除作v－t图象外，还可作____________图象，其纵轴表示的是________，横轴表示的是________．7【解析】　此题考查了利用验证机械能守恒定律的实验装置测定重力加速度，意在考查考生的知识迁移能力和利用图象处理实验数据的能力．(1)本实验不需要测量重物的质量，直接通过处理纸带，利用匀变速直线运动的规律即可求得，缺少低压交流电源和刻度尺，故D正确；(2)由匀变速直线运动的规律2gh＝v2可得：＝gh，当纵轴表示，横轴表示重物下落高度h时，如此图象的斜率即为重力加速度．7【答案】　(1)D(2) －h，速度平方的二分之一，重物下落高度h8.某同学用如如下图所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50 Hz，在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每隔2个计时点取一个计数点，所有测量数据与其标记符号如如下图所示．该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：从数据处理方法看，在s1、s2、s3、s4、s5、s6中，对实验结果起作用的：方法A中有________；方法B中有________．因此，选择方法________(A或B)更合理，这样可以减少实验的________(系统或偶然)误差．本实验误差的主要来源有________________(试举出两条)．8【解析】物体只在重力的作用下做匀加速直线运动，通过对纸带数据的处理，可以求出当地的重力加速度数值，此题主要考查在处理数据的两种方法中哪种误差较小，是属于误差分析类问题所以方法B中，s1、s2、s3、s4、s5、s6均起作用，因此选择方法B更合理，更易减小偶然误差．本实验中误差来源较多，例如：阻力、交流电频率不稳定，长度测量不准确、数据处理方法等．8【答案】　s1、s6　; s1、s2、s3、s4、s5、s6B　偶然　阻力、交流电频率不稳定等.9.在“测定匀变速直线运动的加速度〞的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间。

计时器所用电源的频率为50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离如下列图〔单位：cm〕由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小v4＝________m／s，小车的加速度大小a＝________m／s2〔9：0．41　；0．75．〕10．光电计时。