匀变速直线运动实验

1．练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸带研究物体的运动． 2．掌握判断物体是否做匀变速运动的方法． 3．测定匀变速直线运动的加速度．二、实验原理

1．打点计时器

打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器．它每隔0.02s打一次点(交流电频率为50Hz)。电磁打点计时器的工作电压是4～6V，电火花打点计时器的工作电压是220V。 2．纸带上打的点的意义

纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置．研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体的运动情况． 3．分析纸带可判断物体运动的性质：

①若相等时间内的位移相等，则物体做匀速直线运动； ②若相等时间内的位移不相等，则物体做变速直线运动；

③若连续相等时间内的位移差为恒量，则物体做匀变速直线运动，并可由△x=aT2求出加速度(为了减小误差常用逐差法或v－t图象法求加速度)． 4．求加速度的方法：

①用逐差法求加速度

②用v-t图象法

先根据匀变速直线运动某段时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度

③“平均速度法”求加速度：

即利用已求出的瞬时速度值，按加速度的定义式求加速度值，为了充分利用所有实验数据，减小误差，同样采用逐差法进行数据处理．

三、实验器材

电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片.

四、实验步骤

⑴、把有滑轮的长木板平放在实验桌上并使滑轮伸出桌面。 ⑵、把打点计时器固定在木板上无滑轮的一端，如右图。

⑶、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当的数量钩码。

点拨：吊适当数量的钩码是为小车的加速度适当大些，减小长度测量的相对误差，并能在纸带上长约50厘米的范围内取出7-8个计数点为宜。 ⑷、把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面。

⑸、先使小车依靠在打点计时器处，接通电源后再释放小车让其运动。 ⑹、断开电源取下纸带。 ⑺、换上新纸带再做两次。

⑻、在选出的一条纸带上测量每个计数点与起始计数点的距离d1、d2、d3……如右图。

五、误差分析 1．纸带的测量误差． 2．打点计时器计时误差． 六、注意事项

⑴、计时器打出的点不清晰，可能是电压偏低或振针位置不合适。

⑵、打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如果打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸的高度，使之增大一些。

⑶、计时器打点时，应先接通电源，待打点稳定后，再拉动纸带。 ⑷、拉动纸带前，应使拉动端停靠在靠近打点计时器的位置。

⑸、小车的加速度应适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出7～8个计数点为宜。 【重点精析】

一、对实验操作步骤及注意事项的理解和掌握

要熟练实验的操作过程，特别注意减少实验误差的操作技巧。

【例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上 。

A、把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面

B、把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路 C、换上新的纸带，再重做两次

D、把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

E、使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动 F、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码 G、断开电源，取出纸带

【练习1】在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减少实验误差的是( ) A、选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位 B、使小车运动的加速度尽量小些

C、舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计

算

D、适当增加挂在细绳下钩码的个数 二、数据分析与处理 【例2】（2007北京理综）某同学用右图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动.实验步骤如下： A、安装好实验器材.

B、接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次.选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间

隔取一个计数点，如下图中0、1、2、…、6

点所示

C、测量1、2、3、…、6计数点到0计数点的距离，分别记为s1、s2、s3、…、s6. D、通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀变速直线运动.

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

①实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有 和 (填选项代号).

A、电压合适的50Hz交流电源 B、电压可调的直流电源 C、刻度尺

D、秒表 E、天平 F、重锤

②将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图所示，则s2＝ cm，s5＝ cm.

③该同学在下图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出s/t-t图象.

④根据s/t-t图象判断，在打0计数点时，小车的速度v0＝ m/s；它在斜面上运动的加速度a＝ m/s2.

【针对练习2】在研究匀变速直线运动实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表格所示.

为了算出速度，合理的方法是( )

A、根据任意两计数点的速度公式a＝Δv/Δt算出加速度

B、根据实验数据，画出v-t图象，量出其倾角，由公式a＝tan α算出加速度 C、根据实验数据，画出v-t图象，由图线上任意两点所对应的速度，用公式a＝Δv/Δt算出加速度 D、依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度

三、研究匀变速直线运动的其他方法

研究匀变速直线运动，除了运用纸带数据分析法之外，我们还可以通过频闪照相法、滴水法等进行分析研究.

【例3】两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下木块每次曝光时的位置，如图所示.连续两次曝光的时间间隔是相等的.由图可知( ) A、在时刻t2以及时刻t5两木块速度相同

B、在时刻t3两木块速度相同

C、在时刻t3以及时刻t4之间某瞬时两木块速度相同 D、在时刻t4以及时刻t5之间某瞬时两木块速度相同

【针对练习3】用滴水法可以测定重力加速度的值，方法是：在自来水龙头下面固定一块挡板A，使水一滴一滴持续地滴落到挡板上，如图所示，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在挡板上的声音的同时，下一个水滴刚好开始下落.首先量出水龙头口离挡板的高度h，再用秒表计时，计时方法是：当听到某一水滴滴在挡板上的声音的

同时，开启秒表开始计时，并数“0”，以后每听到一声水滴声，依次数“1，2，…”，一直数到“n”时，按下秒表按钮停止时，读出秒表的示数为t。写出用上述测量方法计算重力加速度g的表达式：g＝ 。

【同步作业】 1、（2005广东）如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，则A

点处瞬时速度的大小是_______m/s，小车运动的加速度计算表达式为____________，加速度的大小是_______m/s2（计算结果保留两位有效数字）．

2、如图是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各计数点间距离的测量结果．所接电源是频率为50Hz的交流电．

⑴为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内（单位：cm）

各位移差与平均值最多相差______cm，由此可以得出结论：小车的运动是________．

⑵两个相邻计数点间的时间间隔 s.

⑶物体的加速度的计算式 _____，加速度为 m/s2． ⑷计算打计数点B时小车的速度vB=______m/s．

⑸在图中绘出v-t图线，并确定物体的加速度 m/s2．

3、（2007天津）某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图所示．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E．测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm，CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为 m/s，小车运动的加速度大小为 m/s2，AB的距离应为 cm．（保留三位有效数字）

4、（2007上海）如图所示，物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑，经过B

点后进入水平面（设经过B点前后速度大小不变），最后停在C点．每隔0.2秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度，下表给出了部分测量数据．（重力加速度g＝10m/s2），求： ⑴斜面的倾角α；

⑵物体与水平面之间的动摩擦因数； ⑶t＝0.6s时的瞬时速度v．

5、（2006上海）伽利略通过研究自由落体和物块沿光滑斜面的运动，首次发现了匀加速运动规律．伽利略假设物块沿斜面运动与物块自由下落遵从同样的法则，他在斜面上用刻度表示物块滑下的路程，并测出物块通过相应路程的时间，然后用图线表示整个运动过程，如图所示．图中OA表示测得的时间，矩形OAED的面积表示该时间内物块经过的路程，则图中OD的长度表示 ．P为DE的中点，连接OP且延长交AE的延长线于B，则的长度表示 ． 进 后搜集证据，评估交流等．一组同学研究过程如下：空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设．刻的下落距离，将数据填入表中，图（“2 设小纸杯、 3C6AB、、．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只．他们计划利用一些．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关．D（4”、2005 叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度．5 AB所示．同上海）学们 科学探究活动通常包括以下环节：对实“小纸杯验数据”作为研究对象，用超声测距仪等仪器测量a“）是对应的位移运动物体所受空气阻力与运动速度关系行分析、归“—小纸杯提出问题，—纳时间图线，如图（时间图线．然后将不同数量的”在空中下落过程中不同时，证作出假设， 实 了b他）中图线“制定计划，小纸杯们”的探究的”假在．1、

回答下列提问：最后 差异： ⑷比较图（⑴与上述过程中⑵图（⑶图 “小纸杯___________________________________________________（ba））中的”中各条图线具有共同特点，做b __________）中的图线ABA、段反映了运动物体在做C步骤相应的科学探究环节分别是运动．1和5，指出在 “小纸杯1.0__________～”1.5s在下落的开始阶段做时间段内，速度随时间变化关系的运动，表中_____、．_____X__________处的值为． _____运动，．