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实验一研究匀变速直线运动
必备知识·自主排查
一、基本原理与操作
原理装置图
操作要领
注意:(1)不需要平衡摩擦力.
(2)不需要满足悬挂钩码的质量远小于小车的质量.
(1)安装:固定好实验器材,并连接好电路;
(2)平行:细绳、纸带与长木板平行;
(3)靠近:小车释放前,应靠近打点计时器的位置;
(4)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;
(5)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;
(6)适当:悬挂钩码要适当,避免纸带打出的点太少或过于密集
二、数据处理与分析
1.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,x1,x2,x3,x4,…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.
2.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vn=xn
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
先根据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-x23T
(2)用图象法求加速度
先根据vn=xn+xn+12T求出所选的各计数点对应的瞬时速度,再作出v-
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)长木板表面粗糙程度不同,小车运动时加速度有变化造成误差.
认识“两种仪器”
(1)作用:计时仪器,接频率为50Hz的交变电流,每隔0.02s打一个点.
(2)工作条件电磁打点计时器:
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0.02s;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.
关键能力·分层突破
考点一教材原型实验
例1.用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律.
主要实验步骤如下:
a.安装好实验器材,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次.
b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(即t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图2中A、B、C、D、E、F……所示.
c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5……
d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图3所示.
综合上述实验步骤,请你完成下列问题
(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有______和______.
A.电压合适的50Hz的交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平(含砝码)
(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v-t的图象.
(3)观察v-t图象,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是________________,v-t图象斜率的物理意义是________________________________________________________________________.
(4)描绘v-t图象前,还不知道小车是否做匀变速直线运动.用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对Δt的要求是________________(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”
跟进训练
1.[2022·河南二模]某同学用图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的关系,实验中得到一条纸带如图乙所示,A、B、C、D、E为选取的五个计时点,相邻两计时点之间还有4个点没有画出,已知打点计时器使用的电源频率为50Hz,请你通过观察和测量,完成下列问题.
(1)图乙中的纸带________端与小车相连(选填“左”或“右”);
(2)打点计时器打C点时,小车的运动速度v=________m/s;
(3)小车运动的加速度a=________m/s2.(上述计算结果均保留两位有效数字)
2.某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律.某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出,打点计时器所接交流电源频率为50Hz.分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离x1、x2、x3、x4,以打A点作为计时起点,算
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