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1.1研究匀变速直线运动原型实验分析
一.教材原型实验
㈠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．
㈡实验原理
从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间，量出相邻计数点间的距离，利用平均速度求出瞬时速度；计算相邻计数点距离之差，看其是否是一个常数来确定运动性质．
㈢实验器材
电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细线、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．
㈣实验步骤
1．按照实验原理图，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，接通电源，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．
㈤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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞.
(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，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.
(5)小车从靠近打点计时器位置释放.
㈥数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等.
(2)方法
①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.
②利用逐差法求解平均加速度
a1＝，a2＝，a3＝ a＝＝
③利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝
④利用速度—时间图象求加速度
a.作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；
b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度.
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里的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2….
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n(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＝aT2，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.
例1.某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动．
甲　　　　　　　　　　　乙
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，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)
A．电压合适的50 Hz交流电源
B．电压可调的直流电源
C．秒表
D．刻度尺
E．天平
F．重锤
G．弹簧测力计
H．滑动变阻器
(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，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____________．
(3)如果小车做匀加速直线运动，测出前六段相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则小车的加速度a的表达式为：____________.
跟踪训练1．某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。
(1)实验中，必须的措施是________。
A．细线必须与长木板平行
B．先接通电源再释放小车
C．小车的质量远大于钩码的质量
D．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm。则小车的加速度a＝________ m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________ m/s。(结果均保留两位有效数字)
拓展训练
1.某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图所示，他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清，他只测得AC长为14.56 cm，CD长为11.15 cm，DE长为13.73 cm。
(1)为了探究匀变速直线运动的规律，该同学所取的计数点个数________。(填字母序号)
A．偏少　　　B．偏多　　　C．合适
(2)若小车是做匀变速直线运动，由该同学所测的实验数据，请你帮他求出：打C点时小车的瞬时速度vC＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2，AB的距离应为________ cm，打A点时小车的瞬时速度vA＝________m/s。(计算结果保留三位有效数字)
参考答案
例1答案　(1)A、D　(2)x3－x2＝x2－x1　
(3)a＝
跟踪训练
答案(1)AB　(2)0.80　0.40
拓展训练
(1)A
(2) vC＝0.986 m/s
a＝2.58 m/s2
xAB＝5.99 cm
vA＝0.470 m/s。

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