2012高三物理《三维设计》一轮复习课件第1章实验一研究匀变速直线运动

方法
B：
g
＝g1＋g2＋g3＝x43－T2x1＋x53－T2x2＋x63－T2x3
3
3
＝x4＋x5＋x69－T2x1＋x2＋x3
所以方法B中x1、x2、x3、x4、x5、x6均起作用，因此选择方 法B更合理，更易减小偶然误差． 本实验中误差来源较多，例如：阻力不恒定、交流电频率 不稳定，长度测量不准确、数据处理方法等．
一、实验目的 用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律． 二、实验原理 1．打点计时器 (1)作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点．
(3)纸带上点的意义： ①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置； 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．
2．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 (1)沿直线运动的物体在连续相等时间间隔的不同时刻的速度
实验原理和实验误差的分析
[例2] 某同学用图实－1－8所示装置测量重力加速度g，所 用交流电频率为50 Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点，然 后每隔两个计时点取一个计数点，所有测量数据及其标记符 号如图实－1－9所示．
该同学用两种方法处理数据(T 为相邻两计数点的时间间隔)： 方法 A：由 g1＝x2－T2x1，g2＝x3－T2x2，……，g5＝x6－T2x5，取平 均值 g ＝8.667 m/s2； 方法 B：由 g1＝x43－T2x1，g2＝x53－T2x2，g3＝x63－T2x3，取平均值 g ＝8.673 m/s2.
测出在同一条竖直线上各相邻的两条画线之间的间隔 x1、x2、x3、…，利用逐差法Δx＝aT2，根据电动机转动的 周期T，即可求出金属棒下落的加速度a.
实验数据的处理
[例1] (2010·广东高考)如图实－1－7是某同学在做匀变速直 线运动实验中获得的一条纸带．
(1)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________． (2)ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点 没有画出，从图中读出A、B两点间距s＝________；C点对应 的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．
[解析] 本题主要考查刻度尺的读数、利用打点计时器打下 的纸带计算瞬时速度、有效数字的要求等，意在考查考生使 用仪器、记录、处理实验数据的能力．毫米刻度尺的精确度 为 0.1 mm，故 AB 间的距离为 1.70 cm－1.00 cm＝0.70 cm， vC＝B2TD＝2.020××01.10－2 m/s＝0.100 m/s. [答案] (1)0.02 s (2)0.70 cm 0.100 m/s
7．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸 带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02× 5 s＝0.1 s.
8．要多测几组，尽量减小误差． 9．描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上ห้องสมุดไป่ตู้取合适的单位，
用细铅笔认真描点．
七、误差分析 1．纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差． 2．纸带上计数点间距测量有偶然误差．
振针的高度和更换复写纸． 3．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器． 4．先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止
运动时及时断开电源． 5．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前
及时用手按住它．
6．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带 上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差 别，从而使误差增大，加速度的大小以能在50 cm长的纸 带上清楚地取得六、七个计数点为宜．
(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点 的速度，画出v－t图，直线的斜率即加速度．
三、实验器材 打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、 细绳、钩码、刻度尺、电源．
四、实验步骤 1．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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，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，并把它的一端固定在小车 的后面，调节滑轮的高度，使细绳与平板平行．实验装置 见图实－1－2，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速 滑行．
3．速度、加速度的求解方法 (1)“平均速度法”求速度，即 vn＝xn＋2Txn＋1，如图图实－1－1 所示．
图实－1－1 (2)“逐差法”求加速度，即 a1＝x43－T2x1，a2＝x53－T2x2，a3＝x63－T2x3，然
后取平均值，即 a ＝a1＋a32＋a3，这样使所给数据全部得到利用， 以提高准确度．
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3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小 车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下 一系列的点，换上新纸带，重复三次．
4．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，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开始点， 以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并 标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离x， 并记录填入表中.
分别为 v1、v2、v3、v4、…，若 v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…， 则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体 在做匀变速直线运动，即 a＝ΔΔvt ＝ΔΔvt1＝ΔΔvt2＝…. (2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为 x1，x2，
x3，x4…，若 Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物 体在做匀变速直线运动，且 Δx＝aT2.
[解析] 物体只在重力的作用下做匀加速直线运动，通过对
纸带数据的处理，可以求出当地的重力加速度数值．
方法
A：
g
＝g1＋g2＋g3＋g4＋g5 5
＝x2－T2 x1＋x3－T2 x2＋x4－ T52 x3＋x5－T2 x4＋x6－T2 x5＝x65－T2x1
所以方法 A 中只有 x1 和 x6 起作用．
连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一 铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2 各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10－2 s和 4.0×10－3 s．用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽 度为d，其示数如图(c)所示．
(1)滑块的宽度d＝________ cm. (2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________ m/s，滑块通过 光电门2时的速度v2＝________ m/s.(结果保留两位有效数 字) (3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质 上是通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量 值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些．
[答案] x1、x6 x1、x2、x3、x4、x5、x6 B 偶然 阻力 不恒定、交流电频率不稳定等
实验创新设计
[例3] 光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪 器，其结构如图实－1－10(a)所示，a、b分别是光电门的激 光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时 器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录 下来．现利用图(b)所示的装置测量滑块和长木板间的动摩 擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点， 1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之
[解析] (1)d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm. (2)v1＝td1＝1.10.100××1100－－2 2 m/s＝1.0 m/s
v2＝td2＝1.40.100××1100－－3 2 m/s＝2.5 m/s. (3)v1、v2 实质上是通过光电门 1 和 2 时的平均速度，要使 瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将滑块的宽度减小一 些． [答案] (1)1.010 (2)1.0 2.5 (3)平均速度 滑块
直角坐标系中仔细描点，如图实 －1－3所示，对于每次实验，描 出的几个点都大致落在一条直线上． (2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线 上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条 直线就是本次实验的v－t图象，它是一条倾斜的直线．
2．由实验得出的v－t图象进一步得出小车运动的速度随时 间变化的规律． 有两条途径进行分析：
(1)小车运动的v－t图象是一条倾斜的直 线，如图实－1－4所示，当时间增加 相同的值Δt，速度也会增加相同的值Δv， 由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化．
(2)既然小车的v－t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化 的函数关系式为v＝kt＋b，所以小车的速度随时间均匀 变化．
六、注意事项 1．交流电源的电压及频率要符合要求． 2．实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节
从数据处理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，对实验结 果起作用的：方法A中有________；方法B中有________． 因此，选择方法________(A或B)更合理，这样可以减少实验 的____________(系统或偶然)误差．本实验误差的主要来源 有______________________．(试举出两条)．
位置编号 时间t/s x/m
v/(m·s－1)
012345 0 0
5. 计算出相邻的计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3… 6．利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬
时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入 上面的表格中． 7．增减所挂钩码数，再做两次实验．
五、数据处理及实验结论 1．由实验数据得出v－t图象 (1)根据表格中的v、t数据，在平面
八、实验改进 物块带动小车做加速运动时，
因受轨道等各方面的影响，致使小 车加速度不恒定，即小车不真正做 匀加速直线运动，若采用如图实－1 －5所示装置则可避免．将包有白纸 的总质量为m的圆柱金属棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔
固定在马达上并随之匀速转动，使之替代打点计时器．当 烧断挂圆柱的线后，所示圆柱金属棒竖直自由落下，毛笔 就在圆柱金属棒面的纸上画出记号，得到对应的纸带，如 图实－1－6所示．