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1、實驗一：研究勻變速直線運動1.實驗原理：研究物體做勻變速直線運動，最基本的是測出位移和時間的關系，運用勻變速直線運動的規(guī)律，對紙帶數(shù)據(jù)進行處理.2.器材與裝置打點計時器刻度尺(1)器材：小車、細繩、鉤碼、一端附有定滑輪的長木板、_、電源、導線、紙帶、_、復寫紙片.(2)裝置：按圖 S1-1 所示安裝實驗儀器，讓帶有紙帶的小車在重物的拉動下運動，分析實驗所得的紙帶.圖 S1-13.儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路.(2)把一條細繩拴在小車上，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，并把它的一端固
2、定在小車的后面.實驗裝置如圖 S1-1 所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行.4.測量與記錄接通電源放開小車(1) 把小車停在靠近打點計時器處，先_ ，后_，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復三次.(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位.正確使用刻度尺測量每相鄰兩個計數(shù)點間的距離，并填入設計的表格中.(3)利用某一段時間的_等于這段時間中間時刻平均速度的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度.(4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復實驗兩次.5.速
3、度、加速度的求解方法圖 S1-2aT2(2)“平均速度法”求速度：得到如圖 S1-3 所示的紙帶，相鄰兩點的時間間隔為T，第n點的瞬時速度為vn.即vn_.圖 S1-3(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出如圖 S1-4 所示的 v-t 圖象，直線的斜率即為加速度.圖 S1-41.開始時要把小車停在打點計時器處，再讓小車運動，以便在紙帶上打下足夠的點.2.先接通電源再放開小車.3.選擇點跡清晰的紙帶，在紙帶上選擇點間間隔較大的一段內的點作為計數(shù)點，并做好標記供分析用.4.將紙帶平放在水平桌面上，用刻度尺測量任一計數(shù)點到基準點間的距離并做好記錄.(分段測量會增大誤差)
4、5.小車的加速度宜適當大些，可以減小長度測量誤差，一般能在約 50 cm 的紙帶上清楚取 78 個計數(shù)點為宜.6.紙帶運動時不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦.考點 1實驗原理與操作【典題 1】(2016 年天津卷)某同學利用如圖 S1-5 所示裝置研究小車的勻變速直線運動.圖 S1-5(1)實驗中，必要的措施是_.A.細線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質量遠大于鉤碼的質量D.平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為 50 Hz 的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖 S1-6 所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有 4 個點，圖中未畫出).s13.5
5、9 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm，則小車的加速度 a_m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打 B 點時小車的速度 vB_m/s.(計算結果保留 2 位有效數(shù)字)圖 S1-6解析：(1)實驗時細線必須與長木板平行，否則小車不做勻變速直線運動，A 正確；實驗開始時要先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，B 正確；此實驗中只需保證小車做勻加速運動，不用考慮小車與鉤碼的質量關系及平衡摩擦力的問題，C、D 錯誤.答案：(1)AB (2)0.80 0.40考點 2數(shù)據(jù)處理與誤差分析1.數(shù)據(jù)處理的方法有：(1)公式法；(2
6、)圖象法.2.實驗誤差分析：本實驗參與計算的量有計數(shù)點間距和打點周期，因此誤差主要來源于相鄰兩計數(shù)點之間距離的測量和電源頻率的不穩(wěn)定性.(1)交流電源的頻率變化引起誤差交流電源的頻率出現(xiàn)波動時，打點周期會隨之變化.頻率升高時，打點周期減小，由于計算時仍按照原打點周期值，各點(2)位移的測量引起誤差如果各計數(shù)點間的位移較小或相鄰計數(shù)點之間的位移之差較小，位移測量的相對誤差就會較大，從而導致速度和加速度的測量誤差較大.【典題 2】如圖 S1-7 所示，是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的頻率 f50 Hz，其中 x17.
7、05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm.圖 S1-7位置BCDEF速度/(ms1)0.7370.801_0.994(1)下表列出了打點計時器打下 B、C、F 時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下 D、E 兩點時小車的瞬時速度.(計算結果保留 3 位有效數(shù)字)(2)以 A 點為計時起點，在坐標圖 S1-8 中畫出小車的速度-時間圖線.圖 S1-8(3)根據(jù)你畫出的小車的速度-時間圖線計算出小車的加速度 a_ m/s2.(計算結果保留 2 位有效數(shù)字)(4)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是 f49 Hz，而做實驗的同學
8、并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏_.(填“大”或“小”)答案：(1)0.864 0.928(2)如圖 D1 所示. (3)0.64 (4)大圖 D1方法技巧：1.利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在 v-t 坐標系中準確描出各點.(2)用直線將各點連接起來，不在直線上的點盡量對稱地分布在直線兩側.(3)注意圖象是否過原點.2.利用圖象求解加速度的方法(1)v-t 圖象的斜率即為物體的加速度.(2)為使結果更精確，應選兩距離較遠、讀數(shù)較準確的兩點.1.實驗器材的創(chuàng)新：(1)利用光電門光電門與計時器相連可以測出遮光片通過光電門的時間速度.兩光電門同時與計時器相連，可測
9、出滑塊在兩光電門間運動的時間.相對打點計時器，光電門對滑塊運動無影響，測量結果精度更高.(2)利用頻閃照片和滴水法頻閃照片和滴水法記錄了物體經(jīng)過相等的時間運動的位移，其數(shù)據(jù)處理的方法與紙帶的處理完全一樣.2.實驗原理的創(chuàng)新：滑塊在斜面上做勻加速直線運動，因滑塊釋放位置固定，如圖 S1-9 所示滑塊經(jīng)過光電門乙的瞬時速度 vt 不變，故由光電門乙向上的逆運動為勻減合此式可求加速度 a.圖 S1-93.數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新：考向 1利用滴水法測定勻變速直線運動的加速度和速度【典題 3】(2017 年新課標卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間.實驗前，將該計時器固
10、定在小車旁，如圖 S1-10 甲所示.實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車.在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的 6 個水滴的位置.(已知滴水計時器每 30 s 內共滴下 46 個小水滴)甲乙圖 S1-10(1)由圖乙可知，小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運動的.(2)該小組同學根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動.小車運動到圖乙中 A 點位置時的速度大小為_m/s，加速度大小為_m/s2.(計算結果均保留 2 位有效數(shù)字)s s，所以 A 點位解析：(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由圖乙知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小
11、車在桌面上是從右向左運動；(2)已知滴水計時器每 30 s 內共滴下 46 個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為：t304523置的速度為：vA0.1170.1332tm/s0.19 m/s，根據(jù)逐差法可求加速度：(x4x5)(x1x2)6a(t)2，解得a0.038 m/s2.答案：(1)從右向左(2)0.19 0.038考向 2利用頻閃照片測定勻變速直線運動的加速度和速度【典題 4】(2017 年廣東茂名高三質檢)如圖 S1-11 所示是某同學研究小球下落時的頻閃照片，頻閃儀每隔 0.1 s 閃光一次并進行拍照.照片中小球靜止時在位置 1，某時刻釋放小球，下落中的小球各位置與位置 1 的
12、距離如圖中所標的數(shù)據(jù)(單位：cm).實驗過程并沒有錯誤，但該同學發(fā)現(xiàn)圖中數(shù)據(jù)存在以下問題：和位置 2 的距離為 1.23 cm，比 4.90 cm 小很多，你對此問題的解釋是_. 下落中小球在位置 3 的速度為_m/s，小球做自由落體運動的加速度為_m/s2.(計算結果保留 3 位有效數(shù)字)圖 S1-11答案：小球在位置 2 時下落的時間小于 0.1 s1.479.80考向 3利用光電門測定勻變速直線運動的加速度和速度【典題 5】(2017 年甘肅張掖第一次診斷)物理小組的同學用如圖 S1-12 所示的實驗器材測定重力加速度，實驗器材有底座、帶有標尺的豎直桿、光電門 1 和光電門 2 組成的光
13、電計時器(其中光電門 1 更靠近小球釋放點)，小球釋放器(可使小球無初速釋放)、網(wǎng)兜.實驗時可用兩光電門測量小球從光電門 1 運動至光電門 2 的時間 t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離 h.圖 S1-12圖 S1-13(1)使用游標卡尺測量小球的直徑如圖 S1-13 所示，則小球的直徑為_cm.(2)改變光電門 1 的位置，保持光電門 2 的位置不變，小球經(jīng)過光電門 2 的速度為 v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度 g，則 h、t 、g 、v 四個物理量之間的關系為 h _.根據(jù)圖線可求出重力加速度的大小為_.解析：(1)小球的直徑為 d11 mm160.05 mm11.80 mm1.180 cm.
物理實驗一 研究勻變速直線運動
