資源簡介

實驗一　測量做直線運動物體的瞬時速度
●注意事項
1．平行：紙帶、細繩要和長木板平行．
2．靠近：釋放小車前，應使小車停在靠近打點計時器的位置．
3．一先一后：實驗時應先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶．
4．減小誤差：小車另一端掛的鉤碼個數要適當，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小使紙帶上打的點過于密集．
5．紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數點．
6．準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條直線．
●誤差分析
1．使用刻度尺測計數點的距離時有誤差．
2．作v t圖像時出現作圖誤差．
3．電源頻率不穩定，造成打點的時間間隔不完全相同．
考點　教材原型實驗
典例　(2023·全國甲卷)某同學利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系．讓小車左端和紙帶相連．右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連．鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶．某次實驗得到的紙帶和相關數據如圖(b)所示．
(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s．以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發生對應位移所用時間和平均速度分別為Δt和，表中ΔxAD＝________cm，AD＝________cm/s.
位移區間 AB AC AD AE AF
Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
(cm/s) 66.0 73.0 AD 87.3 94.6
(2)根據表中數據得到小車平均速度隨時間Δt的變化關系，如圖(c)所示．請在圖(c)中補全實驗點．
(3)從實驗結果可知，小車運動的－Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(結果均保留3位有效數字)
(4)根據(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝________，小車的加速度大小a＝________.(結果用字母k、b表示)
變式　研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖甲所示，其中斜面傾角可調．已知電火花打點計時器所用交流電的周期為0.02 s．紙帶上計數點的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點之間還有4個點未畫出．
(1)部分實驗步驟如下：
A．調整傾角，使小車能夠勻速下滑．
B．關閉電源，取出紙帶．
C．接通電源，待打點計時器工作穩定后放開小車．
D．把打點計時器固定在平板上，將紙帶穿過限位孔．
E．將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連．
F．選擇220 V交流電源并接好電路．
G．選擇6～8 V直流電源并接好電路．
H．選擇6～10 V交流電源并接好電路．
選擇其中必需的實驗步驟并按正確的先后順序排列：____________(用字母填寫)．
(2)小車加速度大小的計算式應為a＝________.
(3)如果當時電源中交變電流的周期不正常，比已知的T略大，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
/高/分/技/法
實驗誤差分析
1．交流電源的頻率變化引起誤差
交流電源的頻率出現波動時，打點周期會隨之變化．頻率升高時，打點周期減小，由于計算時仍按照原打點周期值，各點的瞬時速度的測量值vn＝將偏小，加速度的測量值a＝也會偏小．
2．位移的測量引起誤差
如果各計數點間的位移較小或相鄰計數點之間的位移之差較小，位移測量的相對誤差就會較大，從而導致速度和加速度的測量誤差較大．
考點　實驗的創新與改進
創新角度 實驗裝置/原理圖 創新解讀
實驗原理創新 (1)滑塊在斜面上靠重力沿斜面的分力與摩擦力的合力獲得加速度． (2)擋光片經過光電門的平均速度作為滑塊的速度． (3)平均速度的大小與擋光片的長度有關
實驗情境創新 (1)用滴水針頭滴水替代打點計時器打紙帶． (2)小車在水平桌面上因摩擦做勻減速運動
實驗目的創新 (1)鐵球靠重力產生加速度． (2)鐵球由A門到B門的時間可由數字毫秒計讀出． (3)鐵球的加速度由 t圖線分析得出
1．[實驗器材創新]如圖甲所示為利用光電門測瞬時速度的裝置，鐵架臺放在水平臺面上，上端固定電磁鐵M，電磁鐵正下方安裝一個位置可上下調節的光電門A.
(1)如圖乙所示，用游標卡尺測量小球的直徑d＝________mm.
(2)接通電磁鐵M的開關，吸住小球：測出小球與光電門A間的高度差h1＝46.34 cm；斷開開關，小球自由下落，記錄小球通過光電門的擋光時間t1.數字計時器顯示t1＝5.00 ms(即5.00×10－3 s)，則小球通過光電門A時的速度大小v1＝________ m/s(結果保留3位有效數字)．
(3)某同學利用公式g＝計算當地的重力加速度，忽略空氣阻力的影響，你認為該同學的計算結果與真實值相比會________(填“偏大”或“偏小”)．
2．[實驗情境創新]用雷達探測一高速飛行器的位置．從某時刻(t＝0)開始的一段時間內，該飛行器可視為沿直線運動，每隔1 s測量一次其位置，坐標為x，結果如表所示：
t/s 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233
回答下列問題：
(1)根據表中數據可判斷該飛行器在這段時間內近似做勻加速運動，判斷的理由是______________________________.
(2)當x＝507 m時，該飛行器速度的大小v＝________ m/s.
(3)這段時間內該飛行器加速度的大小a＝________ m/s2(結果保留2位有效數字)．
答案及解析
考點　教材原型實驗
典例　(2023·全國甲卷)某同學利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系．讓小車左端和紙帶相連．右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連．鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶．某次實驗得到的紙帶和相關數據如圖(b)所示．
(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s．以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發生對應位移所用時間和平均速度分別為Δt和，表中ΔxAD＝________cm，AD＝________cm/s.
位移區間 AB AC AD AE AF
Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
(cm/s) 66.0 73.0 AD 87.3 94.6
(2)根據表中數據得到小車平均速度隨時間Δt的變化關系，如圖(c)所示．請在圖(c)中補全實驗點．
(3)從實驗結果可知，小車運動的－Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(結果均保留3位有效數字)
(4)根據(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝________，小車的加速度大小a＝________.(結果用字母k、b表示)
解析：(1)根據紙帶的數據可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm；平均速度AD＝＝80.0 cm/s.
(2)根據第(1)小題結果補全實驗點如圖甲所示．
(3)從實驗結果可知，小車運動的－Δt圖線可視為一條直線，圖像如圖乙所示．
此直線用方程＝kΔt＋b表示，由圖像可知k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s.
(4)小車做勻加速直線運動，由位移公式x＝v0t＋at2，整理得＝v0＋at，即＝vA＋at，故根據圖像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k.
答案：(1)24.00　80.0　(2)見解析圖甲　(3)70.0　59.0　(4)b　2k
變式　研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖甲所示，其中斜面傾角可調．已知電火花打點計時器所用交流電的周期為0.02 s．紙帶上計數點的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點之間還有4個點未畫出．
(1)部分實驗步驟如下：
A．調整傾角，使小車能夠勻速下滑．
B．關閉電源，取出紙帶．
C．接通電源，待打點計時器工作穩定后放開小車．
D．把打點計時器固定在平板上，將紙帶穿過限位孔．
E．將小車停靠在打點計時器附近，小車尾部與紙帶相連．
F．選擇220 V交流電源并接好電路．
G．選擇6～8 V直流電源并接好電路．
H．選擇6～10 V交流電源并接好電路．
選擇其中必需的實驗步驟并按正確的先后順序排列：____________(用字母填寫)．
(2)小車加速度大小的計算式應為a＝________.
(3)如果當時電源中交變電流的周期不正常，比已知的T略大，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
解析：(1)由于電火花打點計時器應用220 V交流電，因此G、H不選，另外由于只測加速度，不用平衡摩擦力，A步驟不選．具體步驟為：先固定打點計時器，后接好電源，放好小車，連好紙帶，接通電源，放開小車，最后斷開電源，取出紙帶，因此步驟是FDECB(或DFECB)．
(2)由于每相鄰兩個計數點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數點間的時間間隔T＝0.1 s，設A到B之間的距離為x1，以后各段分別為x2、x3、x4、x5、x6，根據勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，為了更加準確地求解加速度，對三個加速度取平均值得＝(a1＋a2＋a3)，即小車運動的加速度計算表達式為a＝＝.
(3)交變電流的周期比已知的T略大，使得打點時間間隔變長，最后測量的Δv偏大，而計算時認為周期正常，因此測量出的加速度的值偏大．
答案：(1)FDECB(或DFECB)　
(2)　(3)偏大
考點　實驗的創新與改進
1．[實驗器材創新]如圖甲所示為利用光電門測瞬時速度的裝置，鐵架臺放在水平臺面上，上端固定電磁鐵M，電磁鐵正下方安裝一個位置可上下調節的光電門A.
(1)如圖乙所示，用游標卡尺測量小球的直徑d＝________mm.
(2)接通電磁鐵M的開關，吸住小球：測出小球與光電門A間的高度差h1＝46.34 cm；斷開開關，小球自由下落，記錄小球通過光電門的擋光時間t1.數字計時器顯示t1＝5.00 ms(即5.00×10－3 s)，則小球通過光電門A時的速度大小v1＝________ m/s(結果保留3位有效數字)．
(3)某同學利用公式g＝計算當地的重力加速度，忽略空氣阻力的影響，你認為該同學的計算結果與真實值相比會________(填“偏大”或“偏小”)．
解析：(1)小球的直徑為d＝15 mm＋3×0.1 mm＝15.3 mm.
(2)小球通過光電門A時的平均速度為v1＝＝＝3.06 m/s.
(3)高度差h1是小球的底部到光電門A頂部的距離，測速度v1是利用小球通過光電門A的平均速度代替瞬時速度，求解的速度大于小球經過光電門A頂部的速度，由g＝公式可知，當地的重力加速度的計算值大于真實值．
答案：(1)15.3　(2)3.06　(3)偏大
2．[實驗情境創新]用雷達探測一高速飛行器的位置．從某時刻(t＝0)開始的一段時間內，該飛行器可視為沿直線運動，每隔1 s測量一次其位置，坐標為x，結果如表所示：
t/s 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233
回答下列問題：
(1)根據表中數據可判斷該飛行器在這段時間內近似做勻加速運動，判斷的理由是______________________________.
(2)當x＝507 m時，該飛行器速度的大小v＝________ m/s.
(3)這段時間內該飛行器加速度的大小a＝________ m/s2(結果保留2位有效數字)．
解析：(1)第1 s內的位移507 m，第2 s內的位移587 m，第3 s內的位移665 m，第4 s內的位移746 m，第5 s內的位移824 m，第6 s內的位移904 m，則相鄰1 s內的位移之差接近Δx＝80 m，可以判斷飛行器在這段時間內做勻加速運動．
(2)當x＝507 m時飛行器的速度等于0～2 s內的平均速度，則v＝ m/s＝547 m/s.
(3)加速度的大小a＝＝ m/s2≈79 m/s2.
答案：(1)相鄰1 s內的位移之差近似相等　(2)547　(3)79(共29張PPT)
實驗一　測量做直線運動物體的瞬時速度
第一章　運動的描述　勻變速直線運動的研究
實驗基礎 記熟背牢
原型實驗 創新改進
謝 謝 觀 看
O

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