1、实验一 速度随时间变化的规律,基础过关,一、实验目的,1.练习正确使用打点计时器。,2.会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。,3.会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车运动的v-t 图像,根据图像求加速度。,二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器),一端附有定滑轮的长木板、小车、 纸带、细绳、钩码、 刻度尺 、导线、电源、复写纸片。,三、实验步骤,1.按照如图所示实验装置,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,下端挂合适的钩码,纸带穿过打 点计时器,固定在小车后面,调节滑轮的高度,使细绳与长木板 平行 ;,3
2、.把小车停靠在打点计时器处,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.换纸带重复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。,四、数据处理,1.利用纸带判断小车是否做匀变速直线运动的方法 (1)沿直线运动的小车在连续相等时间间隔的不同时刻的速度分别为v 1、v2、v3、v4,若v2-v1=v3-v2=v4-v3=,则说明小车在连续相等时间内速 度的增量相等,由此说明小车在做匀变速直线运动,即a= = = = 。 (2)沿直线运动的小车在连续相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、 x4,若x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=,则说明小车在做匀变速直
3、线运动,且x= aT2 。,2.速度、加速度的求解方法,1.根据纸带测量的位移有误差。,五、误差分析,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v-t图像并不是一条直线。,5.木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度只能是所测量 段的平均加速度。,考点一 实验原理与实验操作,考点二 实验数据处理与误差分析,考点突破,考点三 实验的拓展与创新,考点一 实验原理与实验操作,例1 (2016天津理综)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运 动。(1)(多选)实验中,必要的措施是 。,A.细线必须与长木板平行 B.先接
4、通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,得到一条纸 带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中 未画出)。s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm,s5=6.78 cm,s6=7.6 4 cm。则小车的加速度a= m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB= m/s。(结果均保留两 位有效数字),解析 (1)若细线与长木板不平行,随着小车逐渐靠近滑轮,细线与水平 方向的夹角增大,小车所受合力随之变化
5、,因此小车的加速度发生变化, 即小车不做匀变速直线运动,故细线必须与长木板平行,A选项必要。先 接通电源,待打点计时器稳定工作后再释放小车,点迹按匀变速运动规 律显现在纸带上;若先释放小车再接通电源,则开始阶段点迹不规律,误 差较大,故B项必要。该实验研究小车的匀变速直线运动,与小车所受到 的合力及合力大小的计算无关,故C、D项不必要。,答案 (1)AB (2)0.80 0.40,(2)交流电的频率为f=50 Hz,相邻两计数点间的时间间隔t=0.1 s,由逐差 法可求小车的加速度 a= =0.80 m/s2 打B点时小车的速度 vB= = m/s=0.40 m/s,考点二 实验数据处理与误差
6、分析,例2 在做“研究匀变速直线运动”的实验中: (1)实验室提供了以下器材: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 。 (2)如图甲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,纸带上相邻两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=0.02 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8. 95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。,甲下表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
7、下D、E两点时小车的瞬时速度。,(3)以A点为计时起点,在坐标图乙中画出小车的速度-时间关系图线。乙,(4)根据所画出的小车的速度-时间关系图线计算出小车的加速度a= m/s2。 (5)如果当时电网中交变电流的频率是f=49 Hz,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 (选填“大”或“小”)。,答案 (1)弹簧测力计 (2)0.864 0.928 (3)见解析 (4)(0.620.01) (5)大,解析 (1)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。 (2)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 度可知 vD= = =
8、0.864 m/s 同理可得vE=0.928 m/s (3)小车的速度-时间关系图线如图所示,(4)在v-t图像中,图线的斜率表示加速度,则a= =(0.620.01) m/s2 (5)加速度a= =xf2,因为实际频率低于50 Hz,而计算时代入的仍是50,Hz,所以会造成测量值比实际值偏大。,考点三 实验的拓展与创新,本实验的创新主要表现为以下两点,1.情景拓展A,B,2.数据处理 (1)加速度的获得:靠重物的拉力获得加速度长木板倾斜靠重力获得 加速度。 (2)速度的测量方法:由打点纸带求速度测定遮光片的宽度d和遮光片 通过光电门的挡光时间t,由v= 求速度。 (3)加速度的测量方法:由打
9、点纸带利用逐差法求加速度利用经 过两个光电门的瞬时速度,由速度与位移关系式求加速度。,例3 (2019扬州中学模拟)在暗室中用图示装置做“测定重力加速度” 的实验。,实验器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下: 在漏斗内盛满清水,旋松螺丝夹子,水滴会以一定的频率一滴滴地落 下; 用频闪仪发出的白闪光将水滴照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的频率 直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴; 用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度; 收集数据进行处理。,(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率 满足的条件是: 。 (2)
10、实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz,某同学读出 其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图,根据数据测得当地重力加 速度g= m/s2;第8个水滴此时的速度v8= m/s。(结 果都保留三位有效数字),(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可): 。,答案 (1)频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率 (2)9.72 2.28 (3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化等),解析 (1)由于从大到小调节频闪仪的频率,实验中看到空间有一串仿 佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率满足的条件是:频闪仪的闪光 频率等于水滴滴落的频率;(2)由x=gT2和逐差法解得当地重力加速度g 9.7
11、2 m/s2,第8个水滴此时的速度v8= m/s2.28 m/s; (3)该实验存在的系统误差可能有:存在空气阻力,水滴滴落的频率变化 等。,(2018南通调研)某位同学在实验室使用打点计时器做匀变速直线运动 实验:,随堂巩固,(1)电磁打点计时器和电火花计时器所使用的是 电源(选填 “交流”或“直流”),电火花计时器的工作电压是 V。,(2)如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔 为 ; 选取A、B、C、D纸带上四个点,从图中读出A、B两点间距s=,cm;C点对应的速度是 m/s,匀变速直线运动的加速度为 m/s2。(计算结果均保留两位有效数字),答案 (1)交流 220 (2)0.02 s 0.70 0.50 5.0,解析 (1)电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电源,电火花 计时器的工作电压是220 V。 (2)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间 隔为0.02 s;由图示刻度尺可知,其分度值为1 mm,A、B两点间的距离s =1.70 cm-1.00 cm=0.70 cm;由于做匀变速直线运动的物体在某段时间 内平均速度就等于在该段时间内的中间时刻瞬时速度,故vC= m/s=0.50 m/s根据x=aT2可得物体的加速度a=,m/s2=5.0 m/s2。,
