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實驗1.1 研究勻變速直線運動 【高考導航】 搶分題型 ◎題型1 實驗原理與操作 ◎題型2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 ◎題型3 創(chuàng)新實驗設(shè)計 ◇ 命題點1 實驗器材的創(chuàng)新 ◇ 命題點2 數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新 實驗?zāi)康? 1．練習使用打點計時器，學會用打點紙帶研究小車的運動情況。 2．會利用打點紙帶求勻變速直線運動的速度、加速度。 3．能畫出小車運動的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度。 實驗原理 1．打點計時器 (1)作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f＝50 Hz時，每隔0.02 s打一次點。 2．判斷物體是否做勻變速直線運動的方法 設(shè)x1、x2、x3、x4…為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，假如Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝常數(shù)，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動。 3．求物體瞬時速度的方法 如圖實Ⅰ－1所示： 則vn＝。 4．求物體加速度的方法 (1)“逐差法”求加速度 如圖實Ⅰ－2所示： a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高精確度。 (2)“圖象法”求加速度 求出紙帶上各計數(shù)點的瞬時速度，畫出v－t圖線，直線的斜率即表示加速度。 題型1　實驗原理與操作 例1　 (廣東理綜)研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖實Ⅰ－6甲所示其中斜面傾角θ可調(diào)，打點計時器的工作頻率為50 Hz，紙帶上計數(shù)點的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩 點之間還有4個記錄點未畫出。 (1)部分實驗步驟如下： A．測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶 B．接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車 C．將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連 D．把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔 上述實驗步驟的正確順序是：________。(用字母填寫) (2)圖乙中標出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T＝____s。 (3)計數(shù)點5對應(yīng)的瞬時速度大小計算式為v5＝________。 (4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應(yīng)為a＝________。 答案：(1)DCBA　(2)0.1 (3)　(4) 解得：； 針對訓練： 1．(佛山模擬)某同學利用打點計時器測量小車做勻變速直線運動的加速度。 (1)電磁打點計時器是一種使用________(選填“交流”或“直流”)電源的計時儀器，它的工作電壓是4～6 V，當電源的頻率為50 Hz時，它每隔________s打一次點。 (2)使用打點計時器時，接通電源與讓紙帶隨小車開始運動這兩個操作過程的操作順序應(yīng)該是（ ） A．先接通電源，后釋放紙帶 B．先釋放紙帶，后接通電源 C．釋放紙帶的同時接通電源 D．哪個先，哪個后都可以 (3)實驗中該同學從打出的若干紙帶中選取一條紙帶，如圖實Ⅰ－7所示，紙帶上按時間順序取A、B、C、D四個計數(shù)點，每兩個點之間還有四個點未畫出，用尺子測得相鄰各點間的距離為x1＝3.62 cm，x2＝4.75 cm，x3＝5.88 cm。根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可以判斷小車在做勻加速直線運動，理由是___ _ (請用文字描述)； 在計數(shù)點C所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度是________m/s，小車的加速度是________m/s2(以上兩空小數(shù)點后保留兩位數(shù)字)。 答案　(1)交流　0.02　(2)A　(3)相鄰相等時間內(nèi)的位移差相等　0.53　1.13 解析　 題型2　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2　某同學利用圖實Ⅰ－8所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處)。從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖實Ⅰ－9所示。打點計時器電源的頻率為50 Hz。 (1)通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點________和______之間某時刻開始減速。 (2)計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為____ m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為_____ m/s。(保留三位有效數(shù)字) (3)物塊減速運動過程中加速度的大小為a＝___ m/s2。 答案　(1)6　7(或7　6)　(2)1.00　1.20　(3)2.00 針對訓練： 2．實驗中，如圖實Ⅰ－10所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s。 (1)根據(jù)紙帶可判定小車做________運動； (2)根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD＝________ m/s，vC＝________m/s，vB＝______m/s。在如圖實Ⅰ－11所示坐標中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________； (3)將圖線延長與縱軸相交，交點的速度的物理意義是___ _____________。 答案　(1)勻加速直線　(2)3.90　2.64　1.38　見解析圖　12.60 m/s2　(3)零時刻小車經(jīng)過A點的速度 (3)圖線與縱軸交點的速度的物理意義是零時刻小車經(jīng)過A點的速度。 題型3　創(chuàng)新實驗設(shè)計 命題點1 實驗器材的創(chuàng)新 (1)如果提供光電門和刻度尺，我們可以測出遮光片的寬度d，借助v＝求出物體通過光電門的速度，再由v－v＝2ax，測出物體的加速度。 (2)如果提供閃光照相機和刻度尺，我們可以用處理紙帶的方法，求出物體的瞬時速度及物體的加速度。 例3　光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實Ⅰ－12甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來。現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.010－2 s和4.010－3 s。用精度為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。 (1)滑塊的寬度d＝________cm。 (2)滑塊通過光電門1時的速度v1＝________m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將________的寬度減小一些。 答案　(1)1.010　(2)1.0　2.5　(3)平均速度　滑塊 命題點2 數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新 如果測得物體運動的位移和對應(yīng)時間。 (1)若初速度為零，則x＝at2，因此做出x－t2圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。 (2)若物體的初速度不為零，則x＝v0t＋at2，可得＝v0＋at，因此做出－t圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。 例4　利用圖實Ⅰ－13所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度。一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動。當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t。改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示。 s（m） 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t（ms） 292.9 371.5 452.5 552.8 673.8 776.4 s/t（m/s-1） 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 完成下列填空和作圖：(1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度vt、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖實Ⅰ－14給出的坐標紙上畫出－t圖線； (3) 由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝________ m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 答案　(1)＝－at＋vt(或s＝－at2＋vtt) (2)見解析　(3)2.0(在1.8～2.2范圍內(nèi)都可) (3)圖線的斜率k＝－，由圖線求出k＝－1.0，故a＝－2k＝2.0 m/s2。