实验一 探究匀变速直线运动的特点\n必备知识·自主排查关键能力·分层突破\n必备知识·自主排查\n一、实验思路与操作装置图与思路操作要领思路：小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化的情况．注意：(1)不需要平衡摩擦力．(2)不需要满足悬挂槽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)靠近：小车停在靠近打点计时器的位置；(3)先后：启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动，在纸带上打下一行小点；(4)关闭：关闭电源，取下纸带；(5)更换：增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验\n二、数据测量及数据分析1．数据测量(1)舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计时起点，以后依次每隔四个点取一个计数点，并标明0，1，2，3，4，…，如图所示．(2)依次测出01，02，03，04，…的距离x1，x2，x3，x4，…，填入设计表中．(3)1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…将计算得出的各点的速度填入设计表中．\n2．数据分析(1)以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系．根据表中的v、t数据，在坐标系中描点作出vt图像．(2)观察所得到的直线，分析小车的速度随时间的变化规律．3．实验结论小车的速度随时间均匀增加．\n三、误差分析1．根据纸带测量的位移有误差．2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等．3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．4．用作图法，作出的vt图像并不是一条直线．5．木板的粗糙程度并非完全相同．\n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打一次点．(2)工作条件\n区分计时点和计数点：(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．\n关键能力·分层突破\n考点一 教材原型实验例1某同学用打点计时器测量小车的瞬时速度和加速度，实验室提供了以下器材：(1)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、交流电源、复写纸、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是__________．弹簧测力计解析：本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计．\n(2)如图所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02s，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.解析：根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：vD＝＝m/s＝0.864m/s，同理可得vE＝0.928m/s.\n表中列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度．对应点BCDEF速度/(m·s－1)0.7370.8010.994\n(3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线．答案：如图所示\n解析：小车的速度—时间关系图线如图所示．\n(4)根据画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)．(5)如果当时交变电流的频率是f＝49Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏________(填“大”或“小”)0.64大解析：(4)由小车的速度—时间关系图线可得，小车的加速度a＝＝m/s2＝0.64m/s2.(5)当交变电流的频率f＝49Hz时，实际周期大于0.02s，根据运动学公式Δx＝aT2得，测量的加速度值与实际值相比是偏大的．\n【跟进训练】1.某实验小组同学利用电磁打点计时器做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验．装置如图甲所示，在调整好仪器后，正确操作得到点迹清晰的纸带．(1)关于该实验，下列说法正确的是________．A．打点时先释放纸带再接通电源B．应使重物的质量远小于小车的质量C．应消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响D．应调整滑轮高度使连接小车的细绳与长木板平行D\n解析：实验时应先接通电源待打点稳定后，再释放纸带，故A错误；该实验不需要测量小车所受合外力，即不需要使重物的质量远小于小车的质量，故B错误；该实验测定小车匀变速运动的加速度，即只要小车受到的作用力恒定即可，不需要消除小车与长木板间的摩擦阻力的影响，C错误；实验前要调整滑轮高度使细线与木板平行，以保证小车运动过程中受到的合力不变，故D正确．\n(2)如图乙所示是某同学一次实验得到小车运动情况的纸带，他进行如下数据处理：在纸带上连续选取六个计时点A、B、C、D、E、F并测得A、C两点间的距离为x1，B、D两点间的距离为x2，已知打点计时器所用的交流电源的频率为f，则打点计时器在纸带上打下B点时小车运动的瞬时速度大小vB＝_____；小车运动的加速度a＝________．x1f(x2－x1)f2解析：由匀变速直线运动规律可知，某段时间的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，有vB＝，f＝，联立解得vB＝x1f，由x2－x1＝2aT2，解得a＝(x2－x1)f2.\n(3)如图丙、丁所示是两位同学用同一组实验数据，分别作出的小车运动vt图像，你认为作图正确的是________．丙解析：图丙中将异常的点舍弃掉，故选丙．\n2．某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化．物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码．打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz.纸带穿过打点计时器连接在物块上．启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动．打点计时器打出的纸带如图(b)所示(图中相邻两点间有4个点未画出)．\n根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动．回答下列问题：(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为________m/s.在打出D点时，物块的速度大小为________m/s(保留两位有效数字)；(2)物块的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)．0.560.962.0解析：(1)根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程的平均速度，vB＝＝m/s＝0.56m/s，vD＝＝m/s≈0.96m/s(2)根据题意，该同学认为物块的运动为匀加速运动，根据速度公式：vD＝vB＋a·2T，代入数据可得：a＝2.0m/s2.\n考点二 拓展创新型实验例2如图甲，将长直木板B支成斜面，挡光片P固定在小车C的前端，光电门G固定在木板的侧面A处．让小车在斜面上的同一位置O由静止释放，分别测得宽度Δx为2cm、4cm、6cm、8cm、10cm不同挡光片的挡光时间Δt(每次实验时挡光片的前沿均与小车的前端对齐)，并计算出各次挡光片通过光电门的平均速度，画出Δt图像如图乙．\n(1)实验中挡光片的宽度是多少时，求得的速度最接近小车过A点时的瞬时速度()A．2cmB．6cmC．10cmD．8cm(2)小车前端过A处的瞬时速度大小为________m/s.(3)小车的加速度大小为________m/s2.A0.3800.736\n解析：(1)根据＝得挡光片宽度越小，越接近小车过A点时的瞬时速度，故选A.(2)图像与纵坐标的交点为A点的速度大小，因此根据图像有vA＝0.380m/s.(3)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可得挡光片通过光电门的平均速度＝vA＋aΔt，在Δt图像中，图像的斜率大小等于物体的加速度的，则有＝k＝＝m/s2＝0.368m/s2，解得a＝0.736m/s2.\n【跟进训练】3.如图所示是研究小车运动的st图和vt图的实验装置．(1)信号发射器和信号接收器组成________传感器．DIS实验系统除传感器外还需要的主要仪器有___________和计算机．(2)测定加速度，通过位移传感器获得小车运动的vt图像，小车在AB区域内可视为___________运动，此区域内小车的加速度a＝________m/s2，位移是________m．位移数据采集器匀加速直线1.60.3\n解析：(1)根据实验装置可以知道，信号发射器和信号接收器组成了位移传感器；根据实验原理可以知道，DIS实验还需要数据采集器和处理数据的计算机；(2)由vt图可以知道图像AB部分为倾斜的直线，因此小车在AB部分做匀加速直线运动，图像的斜率大小等于小车的加速度，因此有：a＝＝m/s2＝1.6m/s2这段区域内的位移为与横轴围成的面积：x＝m＝0.3m\n4．疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究．用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图1所示．(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是________．(2)下列主要操作步骤的正确顺序是________．①把刻度尺竖直固定在墙上②捏住小球，从刻度尺旁由静止释放③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置④打开手机摄像功能，开始摄像小钢球①③④②\n解析：(1)根据题中提供的小球和测量要求可得出要使用小钢球进行实验，与乒乓球、小塑料球相比，小钢球下落相同高度获得的速度更大，可以减小实验误差．(2)根据实验要求，可知应先固定刻度尺，然后固定手机调好手机镜头位置，打开手机摄像功能进行摄像，最后捏住小球，使小球由静止下落，即步骤为①③④②.\n(3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图2所示．已知所截取的相邻两帧图片之间的时间间隔为s，刻度尺的分度值是1mm，由此测得重力加速度为________m/s2．(4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向．从该视频中截取图片，________(选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度．9.6仍能\n解析：(3)图2左侧图片中小球上边缘的读数为2.00cm，中间图片中小球上边缘的读数为26.00cm，右侧图片中小球上边缘的读数为76.70cm，由逐差法可得当地的重力加速度大小为g＝×10－2m/s2＝9.6m/s2.(4)由于释放小球时手稍有晃动，小球偏离竖直方向，则小球做平抛运动，但在竖直方向上仍做自由落体运动，故能用(3)问中的方法测量重力加速度．
