2021届高考物理一轮复习第1章运动的描述匀变速直线运动实验1测量做直线运动物体的瞬时速度教案(含解析)

实验一 测量做直线运动物体的瞬时速度

一、实验目的

1．练习正确使用打点计时器，学会利用纸带上的点测瞬时速度。

2．研究物体做匀变速直线运动的规律，会利用纸带计算匀变速直线运动的加速度。 二、实验原理 1．打点计时器原理

2．用“平均速度法”求速度

瞬时速度无法直接测量，因此根据极限的思想，要测量某点的瞬时速度，可通过测量对Δx应的很短时间内的平均速度来测瞬时速度。在公式v＝中，当Δt→0时v是瞬时速度。

Δt3．加速度的求解方法

(1)“逐差法”求加速度，然后取平均值。

(2)“图象法”求加速度，即求出多个点的速度，画出v-t图象，直线的斜率即加速度。 三、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、交流电源、复写纸。

四、实验步骤

1．把带有滑轮的长木板平放在实验桌上(如图所示)。

2．把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔。

3．将小车停在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码。 4．先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源。

5．换上新的纸带，重复实验两次。 五、数据处理 1．处理的方法

Δx(1)根据极限思想求瞬时速度：在公式v＝中，当Δt→0时，v是瞬时速度。

Δt(2)匀变速直线运动中利用平均速度求瞬时速度：vn＝xn－1＋xn。 2T(3)分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质，利用逐差法求解平均加速度(如图所示)，

x4－x1x5－x2x6－x3a1＋a2＋a3

a1＝。 2，a2＝2，a3＝2?a＝3T3T3T3

(4)利用速度—时间图象求加速度，作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度。

2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离。

(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。 (3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n s(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)。

(4)Δx＝aT，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量。这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。

六、误差分析

(1)根据纸带测量的位移有误差。

(2)电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。 (3)纸带运动时打点不稳定引起测量误差。 (4)用作图法作出的v-t图象并不是一条直线。 七、注意事项

(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。

(2)两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；实验完毕应先断开电源，后取纸带。 (3)防止碰撞：在小车到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。

(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差产生的影响，

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加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。

实验原理与操作

1．打点计时器要求：电磁打点计时器用“4～6 V,50 Hz”交流电源，电火花计时器用“220 V,50 Hz”交流电源。

2．本实验操作顺序提示：木板—计时器—小车—通电—断电。 3．考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带。 [题组训练]

1．在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，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，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源； B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；

C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；

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进行数据处理。 其中错误或遗漏的步骤有：

(1)__________________________________________________； (2)__________________________________________________。 将以上步骤完善后，其合理的顺序为

_______________________________________________________ _____________________________________________________。

[解析] 实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步骤是A、D。该实验步骤中合理的顺序为BECADF。

[答案](1)A中应先接通电源，再放开纸带 (2)D中取纸带前应先断开电源 BECADF 2．(1)某同学用电磁打点计时器测匀变速直线运动的加速度，电磁打点计时器的工作电源为________。

A．220 V的交流电 C．220 V的直流电

B．6 V以下的交流电 D．6 V以下的直流电

(2)实验中打点计时器每隔0.02 s打一个点，打出的纸带如图所示，则可大致判断小车做________(选填“匀速”或“匀变速”)直线运动，这是因_________________________；计算小车的加速度大小a＝________m/s(保留两位有效数字)。

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[解析](1)电磁打点计时器的工作电源为6 V以下的交流电，选项B正确。

(2)根据打出的纸带中两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定，可大致判断小车做匀变速直线运动。利用Δx＝aT，T＝5×0.02 s＝0.1 s，可得小车的加速度大小a＝0.30 m/s。

[答案](1)B (2)匀变速 两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定 0.30

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