资源简介
实验一、研究匀变速直线运动(测定匀变速直线运动的加速度)
原理:
逐差法
求解加速度 (或者其它变式)
求‘‘’’ 两计数点之间的距离(第n个和n-1个计数点之间的距离)
求“T” 任意两计数点之间的时间(一般是50Hz, 对应的时间是0.02秒,但不一定是计数点)
二、实验器材
电火花计时器(或电磁打点计时器),电源(220V或者4-6V)、刻度尺、纸带、复写纸片(取决于计时器)、一端附有滑轮的长木板,小车、细绳、钩码、导线
注意:电火花计时器不需要复写纸片,火花留下痕迹,而电磁计时器靠振针振动在复写纸上留下痕迹。
三、实验步骤
1.按照实验装置图,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源:
2.把一细线系在小车上,细线绕过滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面;
3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,后放开小车;
4.小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带:
5.换纸带反复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
四、注意事项
1、纸带打完后及时断开电源。
2、应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点,通常每隔4个轨迹点选1个计数点,选取的记数点不少于6个(即每隔5个时间间隔取一个计数点),是为求加速度时便于计算。
3、平行: 纸带和细绳要和木板平行
4、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.
常见计算问题
1、求解任意一计数点对应的瞬时速度
2、“逐差法“求加速度
(1)偶数个计数点时
(2)奇数个计数点时
1.(2021·江苏·盐城市田家炳中学高二期中)打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材,请你完成下列有关问题:
(1)如图A、B是两种打点计时器的图片,其中A是_________打点计时器,B是_________打点计时器;
(2)打点计时器使用的电源为_________(选填交流或直流)电源;
(3)接通打点计时器电源和让纸带开始运动,这两个操作之间的时间顺序关系是__________;
A.先接通电源,后让纸带运动
B.先让纸带运动,再接通电源
C.让纸带运动的同时接通电源
D.先让纸带运动或先接通电源都可以
(4)如果当时电网中交变电流的频率稍有增大,频率从50Hz变成了60Hz,而做实验的同学并不知道,仍按照50Hz进行数据处理,那么速度的测量值与实际值相比_________。(选填:偏大、偏小、不变)
2.(2020·全国·模拟预测)某同学利用如图1所的实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”。
(1)下列有关本实验的说法正确的是__________。(填正确答案标号)
A.应选用输出电压稳定性能好的直流电源
B.应先接通电源再释放小车,纸带通过打点计时器后,要及时关闭电源
C.开始实验之前,要平衡小车和木板之间的摩擦力
D.处理纸带上数据时必须以打点计时器打的第一个点作为第一计数点
E.在数据处理时,常用表格法和图象法
(2)如图2所示是某同学在实验中得到的一条纸带,打点计时器工作电压的频率为,0、1、2、3、4是计数点,每相邻的两个计数点之间还有4个计时点(图中未标出),计数点间的距s1=1.40cm,s2=1.89cm,s3=2.88cm,s4=3.39cm,s5=3.88cm,s6=4.37cm。请完成下列问题:(以下计算结果保留两位有效数字)
①上图纸带中相邻的两个计数点之间的时间间隔_____s;
②根据图中数据计算打下点4时的瞬时速度=_____ 。
③根据测得的各点的瞬时速度,作出速度随时间变化的图象如图3所示,由图象可知,小车的速度随时间________(填“是”或“不是”)线性变化;该纸带运动的平均加速度为_____ 。
3.(2023·辽宁·模拟预测)某同学选用如图所示的装置做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验,电源的频率为50Hz。
(1)他做完实验后,写出了如下的操作步骤:
A.把电火花打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,并连接在直流电源上
B.把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面
C.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
D.把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面
E.把小车停在靠近打点计时器处,放开小车,接通电源,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
F.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个开始点,并把每打五个点的时间作为时间单位.在选好的开始点下面记作0,往后第六个点作为计数点1,依此标出计数点2、3、4、5、6,并测算出相邻两点间的距离
G.根据公式求出加速度
其中,有错的两个步骤序号分别是
①______,改正为___________________________ ②______,改正为___________________________
(2)该同学根据打出的纸带认为不用计算就能直接得到的物理量有两个,请帮他选( )
A.时间间隔 B.位移 C.加速度 D.平均速度
(3)该同学选出了一条点迹清晰的纸带,并根据纸带上的点,标出了如图所示的计数点,其中两相邻计数点间还有4个点未画出,x1=7.05 cm,x2=7.68 cm,x3=8.33 cm,x4=8.95 cm,x5=9.61 cm,x6=10.26 cm。下表列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度,请计算出打点计时器打下D点时小车的瞬时速度vD=_________m/s。(结果保留三位有效数字)
位置 B C D E F
速度(m/s) 0.737 0.801 0.928 0.994
(4)利用该纸带求加速度的公式为a=_____________________ ,代入数据后得a=________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
4.(2021·河北·邢台一中模拟预测)物理小组的同学利用如图甲所示的装置“研究匀变速直线运动”。
(1)下列操作必须的是________。
A.把木板右端适当垫高,以平衡摩擦
B.调节滑轮的高度,使细线与木板平行
C.小车的质量要远大于重物的质量
D.实验时要先接通电源再释放小车
(2)打点计时器接通频率为50赫兹的交流电,规范操作实验得到如图乙所示的一条纸带,小组的同学在纸带上每5个点选取1个计数点,依次标记为A、B、C、D、E。测量时发现B点已经模糊不清,于是他们测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm、DE长为13.73cm,则小车运动的加速度大小为________m/s2,A、B间的距离应为________cm(均保留三位有效数字)。
(3)如果当时电网中交变电流的电压变成210V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
5.(2022·安徽·滁州市第四中学模拟预测)在研究小车做匀变速直线运动的实验中,使用了下图所示的装置:
(1)在该实验中,下列做法正确的是______。
A.先使小车运动,再接通电源 B.该实验需要平衡摩擦力
C.打点计时器可以使用6 V的直流学生电源 D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
(2)如图所示为某同学在某次实验中打出纸带的一部分,纸带上的A、B、C为三个相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,A、B间的距离x1,A、C间的距离x2,则打B点时小车的速度vB=______,纸带的加速度a=______ (用 x1、x2和T表示),
(3)若打点计时器实际工作频率偏大,则根据表达式和题中数据计算出vB的结果比实际值______ (填“相等”“偏大”或“偏小”)。
(4)若打点计时器额定电压为220 V,而实际使用的电源电压为225 V,则(2)中得出的速度与物体速度的真实值相比将会______ (填“偏大”“偏小”或“没有影响")。
利用光电门测加速度
7.(2022·重庆·模拟预测)某学习小组利用图1所示装置测量小球做自由落体运动的加速度。请回答下列问题:
(1)用游标卡尺测量小球的直径d时示数如图2所示,则其读数为________mm;
(2)将小球从A处由静止释放,数字计时器记录下小球通过光电门的挡光时间为,用刻度尺测得A与光电门间的高度差,则小球通过光电门时的速度大小为________m/s,小球下落过程中的加速度大小为_________。(结果均保留三位有效数字)
8.(2022·全国·模拟预测)如图甲,某同学利用滑块在气垫导轨上的运动测量当地的重力加速度,所用器材有:水平桌面上的气垫导轨、上方安装有遮光片的滑块、数字计时器、安装在气垫导轨上的两个光电门A、B等。实验步骤如下:
(1)实验前需将气垫导轨调节水平。调节时,开动气泵,将滑块置于导轨上,轻推滑块,若________,则可确定气垫导轨水平。
(2)用游标卡尺测量遮光片的宽度d,如图乙所示,d=________mm。
(3)测得水平导轨下方左、右两支点间的距离为l,在导轨左支点下加一高度为h的垫块,让滑块从导轨顶端滑下,记录遮光片经过A、B两光电门的时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12,可求出重力加速度g=________。(用题中给出的物理量符号表示)
9.(2022·山东·模拟预测)某兴趣小组利用如图甲所示的实验装置测量重力加速度。一个四边都为d的等宽“口”字型铁片、一个光电门和游标卡尺等器材。
(1)如图乙,用游标卡尺测得“口”字型铁片遮光宽度d=3.30mm,该读数是游标尺中第6格刻度线与主尺第___________mm刻度线对齐得到的;
(2)测出铁片上下两边中线间距离L(L d);
(3)用丝线将铁片悬挂于光电门正上方,让铁片平面与光电门发射接收方向垂直,烧断悬线,铁片自由下落;
(4)读出铁片通过光电门时第一次挡光时间Δt1和第二次挡光时间Δt2;
(5)“口”形铁片下边通过光电门的速度近似为v=___________(用L、d、Δt1、Δt2中的字母表示)
(6)由此可测得当地的重力加速度g=___________(用L、d、Δt1、Δt2中的字母表示)。
10.(2022·重庆市育才中学二模)一个小球沿斜面向下运动,用每隔 s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片,如图所示,即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为s ,测得小球在几个连续相等时间内位移数据见下表。
x1(cm) x2(cm) x3(cm) x4(cm)
8.20 9.31 10.43 11.53
(1)第3个小球像的速度为___________ m/s,小球运动的加速度为___________m/s2(结果均保留位有效数字);
(2)在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是___________误差。(填“偶然”或“系统”)
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