实验一探究速度随时间变化的规律
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图象，根据图象求加速度。
实验原理1.
2.匀变速直线运动的判断：(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T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。(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v－t图象。若v－t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。
实验过程
注意事项1.平行：纸带和细绳要和木板平行。2.两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带。3.防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。4.减小误差：小车的加速度要适当大些，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6～7个计数点为宜。
5.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。6.准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。
热点一 实验原理与实验操作【例1】(2015·广东理综，34)(1)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。①请完成以下主要实验步骤：按图1(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物________(填“靠近”或“远离”)计时器下端；________________，________________，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。②图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取________(填“b”或“c”)来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和___________________________________________。
图1
解析①为了使纸带打下的点多一些，竖直提起悬吊重物的纸带时应使重物靠近打点计时器下端，且应先接通电源，再释放纸带，使重物自由下落。②重物下落是匀加速运动，故应选“b”来计算重力加速度；重物下落过程中系统受重力，空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦力等。答案①靠近 先接通打点计时器电源，再释放纸带②b纸带与打点计时器之间有摩擦
特别提醒(1)凡是应用打点计时器的实验，都必须先接通电源，等打点稳定后，再释放纸带。(2)使重物尽可能移动较大的距离，获得较长的打点纸带，以方便研究重物的运动。
【变式训练】1.某同学用如图2甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。图2实验步骤如下：A.安装好实验器材B.让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点
C.测出x1、x2、x3…结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列仪器和器材中，必须使用的有________。(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.停表D.刻度尺E.天平F.重锤G.弹簧测力计
(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图2乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是________。
热点二 实验数据处理【例2】某实验小组采用如图3甲所示的实验装置探究小车做匀变速直线运动的规律，打点计时器工作频率为50Hz。图乙是实验中得到的一条较理想的纸带，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s。甲乙
通过计算已经得出了打下B、C、D四个点时小车的瞬时速度，以A点为计时起点，通过描点连线得到了如图丙所示的图象。试分析下列问题：丙图3(1)打点计时器打E点时小车的瞬时速度vE＝________m/s。(保留三位有效数字)
(3)根据图象求出打点计时器打下A点时的速度为vA＝________m/s。答案(1)0.640(2)0.800(3)0.320
【变式训练】2.(2015·浙江嘉兴高三3月教学测试)(1)如图4所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，按照实验要求应该()图4A.先释放小车，再接通电源B.先接通电源，再释放小车C.同时释放小车和接通电源
(2)本实验必须()A.要平衡摩擦力B.要求悬挂物的质量远小于小车的质量C.上述两项要求都不需要(3)如图5为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d1＝8.00cm，d2＝17.99cm，d3＝30.00cm，d4＝44.01cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1s。则打C点时小车的速度vC＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)图5
答案(1)B(2)C(3)1.12.0
热点三 实验的改进与创新高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。1.实验器材的改进
【例3】(2015·新课标全国Ⅱ，22)某同学用图6(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。图6
(1)物块下滑时的加速度a＝m/s2，打C点时物块的速度v＝m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是(填正确答案标号)。A．物块的质量B．斜面的高度C．斜面的倾角
答案(1)3.251.79(2)C
【变式训练】3.光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图7甲所示，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。现利用图乙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是固定在长木板适当位置的两个光电门，与之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1.0×10－2s和4.0×10－3s。用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度d，其示数如图丙所示。
(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)图7
(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。(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)1.02.5(3)平均速度 滑块
1.研究小车匀变速直线运动的实验装置如图8甲所示，其中斜面倾角θ可调。打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。图8
(1)部分实验步骤如下：A.测量完毕，关闭电源，取出纸带B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C.将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D.把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是：(用字母填写)。(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝s。(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝。(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝。
2.现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图9所示。拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g＝9.80m/s2。图9
单位：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度a＝m/s2(保留三位有效数字)。(2)因为，可知斜面是粗糙的。解析(1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得x3－x1＝2a1T2，x4－x2＝2a2T2
3.某同学用图10甲所示的实验装置分析匀变速直线运动，电火花计时器所接电源频率为50Hz，图乙是他在实验中得到的一条纸带，他将选出的纸带舍去开始密集的点迹，然后从便于测量的点开始，每5个点取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F、G点所示，他把一个毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度线和计数点A(A为所选计数点中最早打下的点)对齐，试分析下列问题：甲
乙图10(1)读出相邻两点间的长度，进行下列计算并填入表内(单位：cm)Δx1＝xBC－xABΔx2＝xCD－xBCΔx3＝xDE－xCDΔx4＝xEF－xDEΔx5＝xFG－xEF由此可得出：在误差允许的范围内，，所以小车做运动。小车的加速度是a＝m/s2(保留两位有效数字)
(2)该同学在该图丙中已标出B、C、D、F计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与E计数点对应的坐标点，并画出v－t图象。根据图象求出小车通过A点时的瞬时速度vA＝m/s(保留两位有效数字)。图10
解析(1)连续相等的时间间隔内的位移差如下表(单位：cm)Δx1＝xBC－xABΔx2＝xCD－xBCΔx3＝xDE－xCDΔx4＝xEF－xDEΔx5＝xFG－xEF0.400.440.420.410.41在误差允许的范围内，小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差相等，可见小车做匀加速直线运动。
所作的图象如图所示。图线在纵轴上的截距表示小车通过A点时的瞬时速度，由图可看出，小车通过A点的瞬时速度为vA＝0.080m/s。答案见解析
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