第3讲《研究匀变速直线运动》实验专题.doc

三 、《研究匀变速直线运动》实验专题
[实验目的]
①练习使用电火花计时器或电磁打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。
②掌握判断物体是否做匀变速运动方法；
③测定匀变速直线运动的加速度。
[实验原理和方法]
1．打点计时器的使用
（1）电磁打点计时器（2）电火花计时器
阅读课本，需要掌握两种打点计时器的构造、原理、工作电压、打点时间间隔
2．由纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法。如图所示：
（1）sn是相邻两记数点间的距离；
（2）△s是两个连续相等的时间里的位移之差；

（3）T是相邻两记数点间的时间间隔：T=0.02ns（n为两记数点间点子的间隔数）；
由运动学有关公式得：
，……① ，……② ，……③
所以
因为时间T是个恒量，匀变速运动小车的加速度a也是个恒量。因此△s必然是个恒量。
这表明，只要小车做匀加速运动，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差就一定相等。
3．由纸带求物体运动加速度的方法。
（方法一）逐差法：取偶数段位移
因为
同理有
所以，我们可以由测得的各段位移s1，s2……求出
再算出a1，a2……的平均值
这样使所给的数据得到有效利用，达到减小误差的目的。
（方法二）图象法：
由求出各个计数点的瞬时速度，作图象，图线的斜率即为物体的加速度。
4．求物体在打下某记数点时瞬时速度的方法：
由以上①②③式得：（时间2T内的平均速度等于该段时间中点T时刻的瞬时速度）。
【实验器材】
电火花计时器或电磁打点计时器、纸带、电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线。
【实验步骤】
（1）把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。
（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器并把纸带的一端固定在小车的后面。实验装置见右图。
（3）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的小点。换上新纸带，重复实验三次。
（4）从三条纸带中选择一条比较理想的使用，舍掉开头的比较密集的点子，在后边便于测量的地方找一个开始点，我们把每打五次点的时间作为时间的单位，也就是T=0.02×5=0.1s，在选好的开始点下面标明0，在第六点下面标明1，在第十一点下面标明2，在第十六点下面标明3……标明的点0，1，2，3……叫做记数点，两个相邻计数点间的距离分别是s1，s2，s3……
（5）测出六段位移s1，s2，s3……s6的长度，把测量结果填入下表中。
（6）根据测量结果，利用前面的公式，计算出a1，a2，a3的值，注意T=0.02×5=0.1s。
（7）求出a1，a2，a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。
例题1．如图甲所示，一打点计时器固定在斜面上，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面滑下，打出的纸带的一段如图乙所示，在纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编为0、1、2、3、4、5、6，每两相邻计数点之间的时间间隔为0.1s.
甲
乙

（1）小车在计数点5所对应的速度大小为v= _________m/s．（保留三位有效数字）
（2）小车沿斜面下滑的加速度大小a= _________m/s2．（保留三位有效数字）
（3）如果当时电网中交变电流的频率变大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）．
例题2．在研究匀变速直线运动的实验中，下图所示是一条记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点之间还有4个点没有画出，交流电的频率为50Hz.
（1）根据__________计算各点瞬时速度，则vD＝_______m/s，vC＝______m/s，vB＝______m/s.
（2）在下图所示的坐标系中画出小车的v－t图像，并根据图线求出加速度a＝__________.
（3）将图线延长与纵轴相交，交点的速度是__________，此速度的物理意义是__________．

课时作业（三）《研究匀变速直线运动》实验专题
1.利用打点计时器记录，得到一做匀变速直线运动物体的运动记录纸带如图所示，已知纸带上每相邻两记录点的时间间隔为T，用米尺测得AB=s1，BC=s2，CD=s3，DE=s4，EF=s5，FG=s6。
①计算物体在B点时刻即时速度的关系式为vB= ；
②证明物体是在做匀加速直线运动的关系式为 。
③充分利用上述数据计算物体运动加速度的关系式为a= 。
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（单位：cm）。
（1）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）
s2-s1
s3-s2
s4-s3
s5-s4
s6-s5

②由此可以得出结论：小车在_________的位移之差，在__________范围内相等，所以小车的运动是______。
③根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体运动的加速度＝____________m/s2.
3.如图是打点计时器打出的纸带，图中A、B、C、D、E、F等是按时间顺序先后打出的计数点（每两个计数点间有1个实验点未画出)，电源频率是50Hz。用刻度尺量出AB、EF之间的距离分别是2.40cm和0.84cm，那么小车的加速度大小是____________m/s2，方向是_________.

4.如图是研究研究匀变速直线运动的实验中得到的一条纸带，舍去前面比较密集的点， 从O点开始每5个点取一个计数点：0、1、2、3、4、5、6，量得s1=1.30cm，s2=1.80cm，s3=2.28cm，s4=2.78cm，s5=3.29cm，s6=3.81cm。
①用s1和s2及T表示v0，则v0=_________。
②v1= _________cm/s，v2= _________cm/s，v3= _________cm/s。
③求出小车的加速度a=____________。
5.两木块自左向右运动，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和时刻t4之间某瞬时两木块速度相同；
D．在时刻t4和时刻t5之间某瞬时两木块速度相同.
6．图甲是“研究匀变数直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点。加速度大小用a表示
（1）OD间的距离为___________cm.
（2）图乙是根据实验数据绘出的s—t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示__________，加速度大小为__________ m/s2（保留三位有效数字）。

7．利用图甲所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t，改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。
s(m)
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
0.950
t(ms)
292.9
371.5
452.3
552.8
673.8
776.4
s/t(m/s)
1.71
1.62
1.55
1.45
1.34
1.22
完成下列填空和作图：
（1）若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_______；
（2）根据表中给出的数据，在图乙给出的坐标纸上画出图线；
（3）由所画出的图线，得出滑块加速度的大小为a=____________m/s²（保留2位有效数字）。
y
x
O
a
b
c
d
e
8.在“利用打点计时器测定匀加速直线运动加速度”的实验中，打点计时器接在50HZ的低压交变电源上。某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（每相邻两个计数点间的四个点未画出）．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段（分别为a、b、c、d、e段），将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xoy坐标系中，如图所示，由此可以得到一条表示v-t关系的图线，从而求出加速度的大小．
A
B
C
D
E
F

⑴请你在xoy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线(作答在右图上)，并指出哪个轴相当于v轴？答： ；
⑵从第一个计数点开始计时，为求出0.15s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？答： ；
⑶若测得a段纸带的长度为2.0cm，e段纸带的长度为10.0cm，则可求出加速度的大小为 m/s2．

答 案
例题1．（1）0.506（2）0.614（3）偏小
例题2．（1）平均速度 3.90 2.64 1.38（2）12.6 m/s2（3）0.1m/s t=0时刻小车经过A点速度
训练题：1.①②
③
2.①1.60 1.55 1.62 1.53 1.61 1.58
②任意两个连续相等时间里 误差允许 匀加速直线运动。
③1.58m/s2
3. 2.44 与小车运动方向相反
4. ① ②15.5 20.4 25.3 ③0.502m/s2
5．C 6．（1）1.20（2） 0.933
7．（1）（3）2.0m/s2

8.y

O
a
b
c
d
e
y
x
O
a
b
c
d
e
或
⑴v－t图线如图所示 y轴相当于v轴
⑵ b (3分) ⑶ 2.0

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