第四讲实验专题.doc

第四讲 实验专题（一）（学案）
测定匀变速直线运动的加速度
【学习目的】
1、认识和使用打点计时器，学会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。
【知识梳理】
一、打点计时器
1、作用：记录做直线运动物体的位置和时间。
2、工作条件：
电磁打点计时器：工作电压4V-6V交流电源；
电火花计时器：工作电压220V交流电源。
当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上任意相邻两点间的时间间隔是0.02 s。
注意：
(1)电源种类是交流电，电压要符合要求：电磁打点计时器应使用６V以下交流电源，电火花计时器使用220 V交流电源。
(2)电磁打点计时器的振针和纸带接触会影响纸带运动，增大阻力；而火花放电不会影响，故电火花计时器的误差较小。
3、纸带上点的意义：
（1）表示和纸带相连的物体在不同时刻位置；
（2）通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况。
二、判断物体运动状态的方法：求相邻位移的差
设相邻两点之间的位移为s1、s2、s3 ……
1、若s1-s2=s3-s2=……sn-sn-1=0，则物体做匀速直线运动；
2、若s1-s2=s3-s2=……sn-sn-10，则物体做匀变速直线运动。
三、求物体加速度的方法
1、逐差法
如图所示，相邻两计数点的距离为s1、s2、s3、s4、s5、s6，两计数点间的时间间隔为T，根据
有
同理
求出，，
再算出、、的平均值即为所求的加速度
（2）图象法
根据可求得
，，，……
求出1、2、…（一般取5个点）各计数点的瞬时速度，再作出v-t图象，求出图线的斜率即为该物体做匀加速直线运动的加速度。
（3）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。
例如：
(1)电源种类是交流电，电压要符合要求：电磁打点计时器应使用6 V以下交流电源，电火花计时器使用220 V交流电源。
(2)电磁打点计时器的振针和纸带接触会影响纸带运动，而火花放电不会影响，故电火花计时器的误差较小。
四、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。
五、实验步骤
1、把一端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没有滑轮的一端，连接好电源。
2、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器（纸带要放在复写纸下面），并把纸带的一端固定在小车的后面。
3、把小车停靠在打点计时器处，接通电源后，放开小车，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。
4、从三条纸带中选择出一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间单位，而用每打5次点的时间作为时间单位，就是T=0.02×5=0.1s，在选好的开始点下标明A，依次标为B、C、D、E…叫做计数点.
5、测出六段位移s1、s2、s3……s6的长度。
6、根据测量结果，利用，，公式算出加速度的值，注意T=0.1s，求出、、的平均值，它就是小车做匀加速直线运动的加速度。
六、注意事项
1、开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；
2、应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车；
3、纸带和细绳要和木板平行；
4、小车加速度应适当大一些；
5、测量时不要直接测量相邻计数点间距，而用带有毫米刻度的米尺一次性量取各计数点与第一个计数点的距离。
【典例精讲】
1、在“测定匀变速直线运动的加速度”实验中，对于减小实验误差来说，下列方法中有益的是
A、选取计数点，把每打五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减小些
C、舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间间隔适当的那一部分进行测量、计算
D、选用各处平整，光滑程度相同的长木板做实验
解析：选每打五个点的时间间隔作为一个时间单位，便于计算，小车加速度适当大些，点间距离会大些，便于位移测量；用点迹清晰，点间间隔适当的纸带也是为了便于测量；选用各处平整，光滑程度相同的长木板做实验是为了保证小车受到的阻力相同，保证小车做匀变速直线运动。
答案：ACD
2、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木板没有滑轮的一端，并连接好电路
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、使小车停靠在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，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
解析：正确的实验步骤是；把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木板没有滑轮的一端，并连接好电路；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；把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；使小车停靠在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车运动；打完一条纸带，断开电源，取出纸带，换上新的纸带，再重做两次。
答案：DBFAEGC
3、由打点计时器打出的做匀变速直线运动的物体的记录在案纸带中间一段，如图所示。n1、n2、n3为三个计数点，相邻点之间的时间间隔是0.02s，连续的三个点之间依次是3.25cm和3.61cm，则打点计时器打n2点时物体的速度v2为 m/s，该物体运动的加速度是 。（保留三位有效数字）答案：1.72，9.00m/s2
解析：
n1
n2
n3
3.25cm
3.61cm

点拨：一定熟练掌握实验公式。在实际解题过程中，以上两式非常有用。
【落实导练】
1、在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下表：
计数点序号
1
2
3
4
5
6
计数点对应的时刻/s
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
通过计数点的速度/（cm/s）
44.0
62.0
81.0
100.0
110.0
168.0
为了计算加速度,合理的方法是（ C ）
A、根据任意两点的速度公式算出加速度
B、根据实验数据画出v-t图象，量出其倾角，由公式a=tan求出加速度
C、根据实验数据画出v-t图象，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式算出加速度
D、依次算出通过连续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度
2、下列说法正确的是（ A ）
A、从来源上看，误差可分为系统误差和偶然误差
B、系统误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大偏小的概率相同
C、测量结果184.0mm和18.4cm是相同的
D、测量结果中，小数点的0都是有效数字
7.50
27.60
60.30
105.60
cm
A
B
C
D
E
3、在研究匀变速直线运动的实验中，如图所示为一次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，相邻计数点的时间间隔T=0.1s。根据图象计算A和E的速度VA m/s,VB m/s。
答案：0.12，5.16
4、在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，下列说法正确的是（ ACD ）
A、测加速度的依据是小车在任意连续两个相等时间间隔里的位移差一定相等，且
B、必须选择清晰的纸带，且应以打点计时器打下的第一个点为第一个计数点
C、要舍去开头比较密集的点，选后面清晰的某点作为起始计数点
D、可以每隔相同数量的点选取一计时单位
5、利用打点计时器研究一个约为1.4m高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随卷帘在竖直面内运动。打印后的纸带如图甲所示。纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0,10s，根据各间距的长度。可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平。可以将v平近似地作为该间距中间时刻的瞬时速度v。
0.2
0.4
0.6
0.8
1．0
t/s
t
0
0.50
1.00
1.50
2.00
v/(m/s)
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
甲
乙
（1）请根据提供的纸带和数据在图乙中绘出卷帘运动的v-t图象。
（2）AD段的加速度为 5 m/s。AK段的平均速度为 1.39 m/s。
间隔
间距/cm
间隔
间距/cm
AB
5.0
FG
20.0
BC
10.0
GH
20.0
CD
15.0
HI
17.0
DE
20.0
IJ
8.0
EF
20.0
JK
4.0
6、在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下：
A、拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；
B、将打点计时器固定在长木板上，并接好电源；
C、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩砝；
D、小车停止运动后，直接取下纸带；
E、将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；
F、换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的纸带进行数据处理；
（1）其中错误和遗漏的步骤有：①再先接通电源；在放开纸带；
②遗漏。小车要闯击滑轮前按住小车，断开电源
（2）将以上步骤完善后，其合理顺序为BCEADF。
7、(2010年河北石家庄调研)用自由落体仪(如图所示)测量重力加速度。通过电磁铁控制的小铁球每次从同一点A处自由下落，下落过程中依次经过并遮断两个光电门B、C，从而触发与之相接的光电毫秒计时器，每次下落，第一次遮光(B处)开始计时，第二次遮光(C处)停止计时，并可读出相应的B、C两处位置坐标．在第一次实验过程中，计时器所记录的从B至C的下落时间为t1，B、C两光电门的高度差为h1，现保持光电门C位置不动，改变光电门B的位置，再做第二次实验。在第二次实验过程中，计时器所记录的从B至C的下落时间为t2，B、C两光电门的高度差为h2。此测得重力加速度g的计算公式
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第一部分
1、根据打点计时器的工作原理可知，影响其打点周期的主要原因是（ C ）
A、振片的长度 B、振针的长度
C、电源的频率 D、电源的电压
2、在用打点计时器探究小车匀变速直线运动时，关于计数点的下列说法正确的是（ BD ）
A、用计数点为进行测量计算，既方便又可减小误差
B、相邻计数点间的时间间隔应该是相等的
C、相邻计数点间的距离应该是相等的
D、计数点是从计时器打出的实际点中选出来的，相邻计数点间的点痕的个数相等
图1
3、如图1所示是打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是（ D ）
A、打点计时器错接在直流电源上
B、电源电压不稳定
C、电源的频率不稳定
D、打点针压得过
第二部分
4、在实验中，下列关于计数点间时间间隔的说法正确的是（ A ）
A、每隔四个点取一个计数点，则计数点间时间间隔为0.1s
B、每隔四个点取一个计数点，则计数点间时间间隔为0.08s
C、每隔五个点取一个计数点，则计数点间时间间隔为0.08s
D、每隔五个点取一个计数点，则计数点间时间间隔为0.10s
10
1
0
10
12
1
0
10
22
3
3
4
10
30
4
图2
2
5、在练习使用计时器的实验中，实验得到一条纸带如图2所示，0、1、2、3……是选用的计数点，每相邻的计数点间还有3个打出的点没有在图上标出。图中还画出了某次实验将米尺靠在纸带上进行测量的情况，读出图中所给的测量点的读数分别是 10.00 、 12.60 、 22.60 和 30.00 。计算出打点计时器打第三个点时的速度的大小是 14.5 m/s（取两位有效数字）。
A
B
C
D
E
F
单位：cm
2.4
0.84
图3
6、如图2所示，是研究匀变速直线运动时用打点计时器打出的纸带，图中A、B、C、D、E、F是按时间顺序先后打出的计数点（每两外计数点有四个实验点未画出），用刻度尺量出AB、EF之间的距离分别为2.4cm和0.84cm，那么小车的加速度和方向如何？右

0.39m/s2，方向和速度相反

第三部分
A
O
B
C
D
E
F
图4
7、做匀变速直线运动的小车带动纸带通过打点计时器，打出的部分计数点如图4所示.每相邻两点还有四个点未画出来，打点计时器使用的是50 Hz的低压交流电。现已用刻度尺测得OA=4.47cm,AB=5.34cm,BC=6.21cm,CD=7.10cm,DE=8.00cm,EF=8.86cm。求：⑴打点计时器打“B”时，小车的速度vB=_0.5775______ m/s。⑵小车的加速度a=___0.435____ m/s2。
A
O
B
C
D
E
图5
8、某次实验的纸带记录如图5，根据图中的数据可以确定小车是在做匀变速运动吗？为什么？纸带上前面的点较模糊，因此从O点之后，每5个点取一个记数点，已知OA=3.07cm，OB=12.38cm，OC=27.87cm，OD=49.62cm,OE=77.60cm。则：⑴小车的加速度为多大？⑵D点所对应的速度多大？
能够确定，因为位移的改变量为一个定职，a=6.24
Vd=2.87
12