备战2024年高考物理一轮重难点复习 实验一：探究匀变速直线运动的规律.docx

实验一：探究匀变速直线运动的规律

一、打点计时器

1.作用：计时仪器，当所用交变电源的频率f＝50Hz时，每隔0.02s打一次点．

2.结构

(1)电磁打点计时器：6V交变电源

(2)电火花计时器：220V交变电源

二、实验：探究小车速度随时间变化的规律

1.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、槽码、刻度尺、导线、交变电源．

2.实验过程

(1)按照实验装置，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，细绳绕过滑轮，下端挂合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；

(3)把小车停在靠近打点计时器处，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)更换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量、分析．

3.数据处理

(1)求物体的速度与加速度

①利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).

②利用逐差法求解平均加速度

a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝.

③利用速度—时间图像求加速度

a.作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；

b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．

(2)依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动

①x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．

②Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….

③若Δx等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动．

④Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．

4．注意事项

(1)平行：纸带、细绳要与长木板平行．

(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，后取下纸带．

(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞．

(4)减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．

(5)小车从靠近打点计时器位置释放．

5.误差分析

(1)纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起误差．

(2)计数点间距测量有偶然误差．

(3)作图有误差．

知识一：教材原型实验

处理数据应注意的四点

(1)时间间隔:“相邻两个计数点间有四个点”或“每5个点取一个计数点”的含义:相邻计数点间的时间间隔为0.1s(50Hz交流电源)。

(2)单位换算:本实验长度测量数据一般是“厘米”,要换算成“米”。

(3)有效数字:按有效数字的要求取计算结果。

(4)准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位,仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让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

【例1】某同学用如图甲所示的装置探究小车做匀变速直线运动的规律，他采用电火花计时器进行实验。

（1）请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上（填编号）_____。

①电火花计时器；

②天平；

③约为的低压交流电源；

④细绳和纸带；

⑤砝码、托盘和小车；

⑥刻度尺；

⑦秒表；

⑧一端带有定滑轮的长木板。

（2）安装好实验装置后，先____，再____。纸带被打出一系列点，其中一段如图乙所示，可知纸带的_____（填“左”或“右”）端与小车相连。

（3）如图乙所示的纸带上，A、B、C、D、E为纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为，则_____，____。（结果均保留2位有效数字）

【答案】②③⑦/②⑦③/③②⑦/③⑦②/⑦②③/⑦③②接通电源释放小车左0.260.40

【详解】（1）[1]本实验不需要天平测质量，电火花计时器应用220V交流电源，也不用秒表测时间，故不需要的器材为②③⑦。

（2）[2][3]正确的操作顺序是在安装好实验装置后先接通电源，再释放小车。

[4]纸带和小车相连的一端先被打点，此时纸带速度较小，点间距离较小，故纸带的左端与小车相连。

（3）[5]B点对应的速度是

[6]利用逐差法求加速度

【例2】某同学在探究小车速度随时间变化的规律时，对打出的一条纸带进行研究，从O点开始每5个打点取一个计数点（中间4个打点未画出，电源频率为50赫兹），计数点分别为A、B、C、D、E，该同学已求出各计数点对应的速度，其数值见下表。

计数点

A

B

C

D

E

速度/（m·s－1）

0.70

0.91

1.10

1.30

1.49

（1