用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度.doc

1、1实验一 研究匀变速直线运动 【目标导引】1通过练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动2会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度、速度，掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(xaT 2)3会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车的 v-t 图像，根据图像求出加速度【知识梳理】一、实验原理问题 1.打点计时器的作用及工作条件是什么？纸带上点的意义：表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔问题 2.利用纸带如何求瞬时速度？思考 1.(广东理综)图中是某同学在做“探究匀

2、变速直线运动”的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)A、B、C、D 是纸带上四个相邻的计数点，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 x_；C 点对应的速度是_(计算结果保留三位有效数字)物体的加速度问题 1.如何判断一个物体是否做匀变速直线运动？问题 2.利用纸带求加速度的方法分别有哪些？(1)“逐差法”求加速度： (2)“图象法”求加速度，由“平均速度法”求出多个点的速度，画出 vt 图象，直线的斜率即加速度思考 2.某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图已知频闪仪每隔 0.05s 闪光一次，图中所标数据

3、为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取 9.8m/s2，小球质量 m=0.2kg，结果保留三位有效数字)：2时刻 t2 t3 t4 t5速度(m/s) 4.99 4.48 3.98(1)由频闪照片上的数据计算 t5时刻小球的速度 v5= m/s；(2)小球上升时的加速度大小为 a= m/s2(3)由(2)的数据分析可得到的结论是 二、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器 )，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、复写纸片三、实验步骤1仪器安装(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

4、一端，连接好电路(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，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实验装置见图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行2测量与记录(1)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(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即 T0.1 s正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中(3)利用某一段时间的平均

5、速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度(4)增减所挂钩码数，再重复实验两次3数据处理及实验结论(1)由实验数据得出 vt 图象根据表格中的 v、t 数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图 所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上作一条直线，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 vt 图象，它是一条倾斜的直线(2)由实验得出的 vt 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分析图象的特点得出：小车运动的 vt 图象是一条倾斜的直线如图所示，当时间增加相同的值3t 时

6、，速度也会增加相同的值 v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化通过函数关系进一步得出：既然小车的 vt 图象是一条倾斜的直线，那么 v 随 t 变化的函数关系式为 vktb，显然 v 与 t 成“线性关系” ，小车的速度随时间均匀变化四、注意事项1平行：纸带、细绳要和长木板平行2靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置3先后顺序：实验时应先接通电源，后放开纸带；实验后应先断开电源，后取下纸带4防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，放置钩码落地，小车与滑轮碰撞5减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上的点太少，或者速度大小，使纸带上打的点过于密集。6选

7、择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚相邻计数点间所选的时间间隔 T.7准确作图：根据所描点连线时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线的两侧。【考点探究】考点一 完善实验步骤例 1、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误的步骤有_A拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源B将打点计时器固定在平板上，并接好电源C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上合适的钩码D取下纸带 E将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔_

8、将以上步骤完善并填写在横线上(遗漏的步骤可编上序号 G、H) ；实验步骤的合理顺序为：_.考点二 纸带数据的处理例 2、 （重庆理综 22）某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率 f50 Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔 4 个点取 1 个计数点因保存不当，纸带被污染如图所示，A、B、C、D 是依次排列的 4 个计数点，仅能读出其中 3 个计数点到零点的距离：x A16.6 mm、x B126.5 mm、x D624.5 mm.若无法再做实验，可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为4_s；(2)打 C 点时物体的速度大小为_m/s( 取 2 位有效数字

9、) ；(3)物体的加速度大小为_(用 xA、x B、x D和 f 表示)考点三 应用纸带分析物体运动特点例 3、 （2012 高考山东理综 21（1） ）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处） 。从纸带上便于测量的点开始，每 5 个点取 1 个计数点，相邻计数点间的距离如图所示。打点计时器电源的频率为 50Hz。通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。 1计数点 5 对应的速度大小为 m/s，计数点 6 对应的速度大小为 m/s。 （保留三位有效 2数字） 。

10、物块减速运动过程中加速度的大小为 = m/s2,若用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g 3 aa为重力加速度） ，则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小” ） 。考点四 创新实验例 4 某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上在平板上标出 A、B 两点，B 点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度 d，用天平测量滑块的质量 m；用直尺测量 A、B 之间的距离 s，A 点到水平桌面的垂直距离h1，B 点到水平桌面的垂直距离 h2；将滑块从

11、A 点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间 t；重复步骤数次，并求挡光时间的平均值 ；t利用所测数据求出摩擦力 Ff 和斜面倾角的余弦值 cos ；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤，作出 Ffcos 关系曲线(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为 g)(2)斜面倾角的余弦 cos _ ；滑块通过光电门时的速度 v_；滑块运动时的加速度 a_；滑块运动时所受到的摩擦阻力 Ff_.5(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得 d_.【巩固训练】1. 如图所示是做匀加速直线运动的小车带动打点计时器在纸带上打出的点的一部分图中每相邻两点之间还有四个点没有画出，交流电的频率为 50

12、Hz，测得第二个、第三个计数点与零点相距 d26.0 cm， d3 10.0 cm，则(1)第一个、第四个计数点与零点相距d1_；d 4_；(2)物体经过第一个、第二个计数点的瞬时速度 v1_ ，v 2_；物体的加速度 a_.2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示，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，每相邻的两个计数点之间还有 4 个点没有画出，交流电的频率为 50 Hz.(1)在打点计时器打 B、C 、D 点时，小车的速度分别为 vB_ m/s；v C_ m/s ；vD_ m/s.(2)在如图所示的坐标系中画出小车的 vt 图象(3)将

13、图线延长与纵轴相交，交点的速度是_，此速度的物理含义是 _3如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测量重力加速度(1)所需器材有打点计时器( 带导线) 、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号)中的器材A直流电源、天平及砝码 B直流电源、毫米刻度尺C交流电源、天平及砝码 D交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度为使图线的斜率等于重力加速度，除作 vt 图象外，还可作_图象，其纵轴表示的是_，横轴表示的是_4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

14、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6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： ；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： ；若测得 a

15、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/s25某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每 0.2 s 滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准 )；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；然后撤去浅盘并同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是

16、x011.40 cm，x 122.15 cm， x23 2.91 cm，x 343.65 cm ，x 454.41 cm，x 565.15 cm.试问：(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的_ 原理类似(2)由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时刻的瞬时速度 v4_m /s，小车的加速度 a_m/s 2.(结果均保留 2 位有效数字)6.在做研究匀变速直线运动的实验中，（1）实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。（2）如图所示，某同学由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上

17、两相邻计数点的时间间隔为 T=0.10s，其中 s1=7.05cm、 s2=7.68cm、 s3=8.33cm、 s4=8.95cm、 s5=9.61cm、 s6=10.26cm。A B C D E FyxOa b c d e7下表列出了打点计时器打下 B、 C、 F 时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下 D、 E 两点时小车的瞬时速度位置 B C D E F速度(ms -1) 0.737 0.801 0.994（3）以 A 点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度时间的关系图线。（4）根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的小车加速度 a=_m/s28【典例探究】例 1：某同学用如图

18、甲所示装置测量重力加速度 g，打下如图乙所示纸带。如果在所选纸带上取某点为 0 号计数点，然后每隔 4 个点取一个计数点，相邻计数点之间的距离记为 S1、S 2、 S3、 S4、 S5、 S6:（1）实验时纸带的_端应和重物相连接（选填 A 或 B）（2）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）：变式 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的瞬时速度如下：计数点序号 1 2 3 4 5 6计数点对应的时刻(s) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6通过计数点的速度(m/s) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0为了计算加速度

19、，最合理的方法是( )甲乙9A. 根据任意两计数点的速度用公式 a=v/t 算出加速度B根据实验数据画出 v-t 图，量出其倾角，由公式 atana 求出加速度C根据实验数据画出 v-t 图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式a=v/t 算出加速度D依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度总结：例 2：在做研究匀变速直线运动的实验中，（1）实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。（2）如图所示，某同学由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带

20、上两相邻计数点的时间间隔为 T=0.10s，其中s1=7.05cm、 s2=7.68cm、 s3=8.33cm、 s4=8.95cm、 s5=9.61cm、 s6=10.26cm。下表列出了打点计时器打下 B、 C、 F 时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、 E 两点时小车的瞬时速度位置 B C D E F速度(ms -1) 0.737 0.801 0.994（3）以 A 点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度时间的关系图线。（4）根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的小车加速度 a=_m/s210变式 2：图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带， O、 A、 B、

21、C、 D 和 E为纸带上六个计数点，加速度大小用 a 表示。 OD 间的距离为_cm。 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_，其大小为_m/s 2（保留三位有效数字）。总结：【当堂检测】1.根据打点计时器打出的纸带,我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是( )A.时间间隔 B.位移 C.加速度 D.平均速度2.图 1 为同一打点计时器打出的 4 条纸带,其中平均速度最大的是( )图 13.接通电源与释放纸带(或物体 ),这两个操作时刻的关系应当是 ( )A.先接通电源,后释放纸带 B.先释放纸带,后接通电源C.释放纸带的同时接通电源 D.先接通电源或先释放纸带都可以4.打点计时器所用的电源是 50 Hz 的交流电，其两相邻点间的时间间隔为 T.若纸带上共打有 n 个点，此纸带上记录的时间为 t，则( ) A.T=0.1 s; t=nT B.T=0.05 s; t=(n-1)T C.T=0.02 s; t=(n-1)T D.T=0.02 s; t=nT【巩固训练】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小些甲乙