2013届湖南人教版学海导航新课标高中总复习(第1轮)物理：第1章_第5讲_实验：研究匀变速直线运动

1．实验目的(1)了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移)．(2)会安装并使用打点计时器，理解根据纸带测量瞬时速度和加速度的方法．2．实验原理(1)打点计时器是计时仪器，电磁打点计时器工作电源为4～6V交流电源，电火花计时器工作电压为220V交流电源．当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点．(2)“位移差法”判断运动情况．设相邻两点之间的位移分别为x1，x2，x3…xn，则①若x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1＝0，则物体做匀速直线运动．②若x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1＝Δx(恒量)，则物体做匀变速直线运动．Δx＞0，为匀加速直线运动；Δx＜0，为匀减速直线运动．+1“”23+nnnvxxT平均速度法求速度，即＝52412216312232313334.532nnnxxxxTTxxTaaaaavaaxxTvt“逐差法”求加速度，即＝，＝，＝，然后求平均值，即＝　　这样使所给数据全部得到利用，提高准确性．“图象法”求加速度，即由＝　，求出多个点的速度，画出　　图象，求出直线的　　，即－斜率加速度．3．实验器材电火花打点计时器或电磁打点计时器，小车，纸带，细绳，钩码，刻度尺，导线，电源．4．探究过程(1)将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复写纸位置．将纸带从复写纸下穿过．(2)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点．换上新纸带，重复实验三次．(3)数据处理：用v－t图象法，先根据匀变速直线运动某段时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度即vn＝(xn＋xn＋1)/2T求出打第n个点时纸带的瞬时速度，然后作出v－t图象，图线的斜率即为物体运动的加速度：a＝Δv/Δt.5．注意事项(1)要在钩码落地处放置软垫或沙箱，防止撞坏钩码．(2)要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止车掉在地上或撞坏滑轮．(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，后释放小车，每打完一条纸带，应及时切断电源．(5)不要分段测长度，应测量各计数点到起点的距离，读数时应估读毫米的下一位．1．怎样用作图法处理数据？解答：用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一．用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果．由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律．作图的规则：(1)作图一定要用坐标纸．坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定．(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值．(3)图上连线要用直尺(直线、折线)或曲线尺(光滑曲线)，连接时不一定通过所有的数据点，而要使数据点在线的两侧合理的分布．(4)在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点．不一定要取原来测的数据点．2．什么是误差？000000||2|(1|)AAAAAAAAA设某物理量真值为，测量值为，则绝对误差＝－，相对误差＝，因为真值是不知道的，常以公认值或理论值，多次测量的平均值代替真实值．系统误差与偶然误差测量值总是有规律地朝着某一方向偏离真值总是偏大或总是偏小的误差，称为系统误差，系统误差主要来源仪器设备本身不够精确或实绝对误差与相对误验原理、方法不：差解答够完善．由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则的起伏称为偶然误差，偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的，各次测量有时偏大有时偏小，多次测量偏大和偏小的概率相同，因此多次测量求平均值可减小偶然误差．3．有效数字解答：有效数字：测量数据和计算出的数据只能有一位不可靠数字，可靠数字和一位不可靠数字构成有效数字．(1)有效数字位数的确定①从左向右数，从第一个不为零的数字起，数到右边最末一位估读数字为止，包括末位为零的数字都是有效数字．如1.006m、21.60m均为4位有效数字．②有效数字的位数与小数点的位置无关，如19.76m、0.1976m均为四位有效数字．③乘方不算有效数字，如3.6×103kg是两位有效数字，但3600kg是四位有效数字．1实验的过程例1：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长木板的没有滑轮的一端，并连好电路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．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，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．把打点计时器固定在木板较高的一端，并连好电路．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后．使小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打完一条纸带，断开电源，取下纸带，换上新纸带，再重做两次，即顺序为DBFAEGC.答案：DBFAEGC方法点拨：对实验步骤可简化为：放置→固定→连接→先接后放，开始实验→重复实验→数据分析，同时要理解实验步骤中关键几步，如“固定时定滑轮要伸出桌面，打点计时器固定于远离定滑轮的一端；开始实验时先接通电源，后释放小车”等．变式训练1：在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减少实验误差的是()A．选取计数点，把每打5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小些C．舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算D．适当增加挂在细绳下钩码的个数解析：选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大，在用直尺测量这些点间的间隔时，在测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小，因此A正确；在实验中，如果小车运动的加速度过小，打出的点很密，长度测量的相对误差较大，测量准确性降低，因此小车的加速度应适当大些，而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数，以增大拉力，故B错，D对；为了减少长度测量的相对误差，舍去纸带上过于密集，甚至分辨不清的点，因此C项正确．2．实验数据的处理例2：某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时打出的纸带如图151所示，每两点之间还有四点没有画出来，图中上面的数字为相邻两点间的距离，打点计时器的电源频率为50Hz.(答案保留三位有效数字)(1)打第4个计数点时纸带的速度v4＝__________.(2)0—6点间的加速度为a＝____________.2452654124322221.20m/sm/s1+11.00+12.9010220.117.810990..m98m/1s/sxxTxxvaxxxxT＝＝＝＝＝＝解析：答案：(1)1.20m/s(2)1.98m/s2变式训练2：在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，用打点计时器打出了一条纸带如图152所示．纸带上只画了几个计数点，每相邻两个计数点之间都有三个点未画出，图中还标出了其中两段距离的大小，电流频率为50Hz，由图可知小车加速度的大小是__________m/s2.解析：因每两计数点之间还有3个点，故相邻计数点间对应的时间间隔T＝0.02×4s＝0.08s，由逐差法可得：a＝(x4－x1)/3T2＝2.31m/s2答案：2.313．实验方法的迁移例3：(2010·上海模拟)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，某同学测量数据后，通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表格所示．位置编号012345时间t/s00.10.20.30.40.5速度v/m·s－10.380.630.881.121.381.63(1)分析表中数据可知，在误差允许的范围内，小车做______________________运动．(2)有一位同学想估算小车从位置0到位置5的位移，其估算方法如下：x＝(0.38×0.1＋0.63×0.1＋0.88×0.1＋1.12×0.1＋1.38×0.1)m＝…那么，该同学得到的位移________(选填“大于”、“等于”或“小于”)实际位移．解析:(1)从表中可知，每隔Δt＝0.1s，小车的速度变化量分别为：0.25m/s、0.25m/s、0.24m/s、0.26m/s、0.25m/s，可见小车做匀加速直线运动．(2)每个0.1s内平均速度均大于初速度，可见该同学估算得到的位移小于实际位移．答案：(1)匀加速直线(2)小于