實驗一研究勻變速直線運動規(guī)律類型一動腦求真——明原理角度1打點法【典例1】(2024·天津河西區(qū)模擬)某同學(xué)用圖1所示的實驗裝置研究小車做勻變速直線運動的特點。(1)實驗中,除打點計時器(含頻率為50Hz的交流電源、紙帶)、小車、平板和重物外,在下面的器材中,必須使用的是________(選填選項前的字母)。

A.刻度尺B.秒表C.天平(2)實驗中獲得的一條紙帶如圖2所示,在紙帶上依次取O、A、B、C、D……若干個計數(shù)點,利用實驗數(shù)據(jù)計算出打點時小車的速度v。描繪v-t圖像前,還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度ΔxΔt表示各計數(shù)點的瞬時速度,從理論上講,對兩個點的時間間隔t的要求是________(選填“越大越好”“越小越好”或“與大小無關(guān)(3)另一位同學(xué)更換重物后,用下述方法計算小車運動的加速度:在紙帶上依次取O、A、B、C、D、E、F若干個計數(shù)點,每兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出,如圖3所示。相鄰兩計數(shù)點間的距離分別是OA=7.05cm、AB=7.68cm、BC=8.31cm、CD=8.95cm、DE=9.57cm、EF=10.20cm。則小車的加速度a=________m/s2(保留3位有效數(shù)字)。

【解析】(1)在題給器材中,還需要刻度尺來測量各點的位移大小,從而算出各點速度大小,打點計時器可以測量時間,不需要秒表和天平。故選A。(2)用平均速度ΔxΔt表示各計數(shù)點的瞬時速度,從理論上講,時間越小,平均速度越趨近于瞬時速度,故(3)計數(shù)點間有4個點未畫,則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s由逐差法有a=(CD+DE+答案:(1)A(2)越小越好(3)0.631角度2滴水法【典例2】如圖1,使用滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度。實驗過程如下:在斜面上鋪上白紙,用圖釘固定:把滴水計時器固定在小車的末端,在小車上固定一平衡物;調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度,使其每0.2s滴一滴;在斜面頂端放置一淺盤,把小車放在斜面頂端,把調(diào)好的滴水計時器盛滿水,使水滴能滴入淺盤內(nèi);隨即在撤去淺盤的同時放開小車,于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運動規(guī)律的點跡。將第一個點跡記為0,之后的點跡依次記為1、2、3…,測出之后每個點跡到第一個點跡0的距離如圖2所示,圖中數(shù)據(jù)的單位是cm。(1)在計數(shù)點1所代表的時刻,小車運動的瞬時速度為v1=________m/s,在計數(shù)點3所代表的時刻,紙帶運動的瞬時速度為v3=________m/s(本小題計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字);

(2)小車加速度大小為a=________m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);

(3)某同學(xué)在測量的時候沒有將計數(shù)點5的數(shù)值記錄下來,根據(jù)前面的數(shù)值可推算出計數(shù)點5到0點的距離為________cm。

【解析】(1)滴水計時器打下計數(shù)點1時,小車的瞬時速度v1=x022T滴水計時器打下計數(shù)點3時,小車的瞬時速度v3=x242T(2)因為x01=1.40cm,x12=2.15cm,x23=2.90cm,x34=3.65cm,可知Δx=0.75cm依據(jù)Δx=aT2解得a=0.19m/s2(3)依題意,可得x45=x34+Δx=3.65cm+0.75cm=4.40cm所以計數(shù)點5到0點的距離為x5=10.10cm+4.40cm=14.50cm答案:(1)0.0890.16(2)0.19(3)14.50類型二動手求證——探真知項目錯誤操作及原因正確操作選電源使用了直流電源應(yīng)使用交流電源放紙帶①紙帶沒有穿過限位孔②紙帶放在了復(fù)寫紙的上方①紙帶應(yīng)穿過限位孔②紙帶應(yīng)放在復(fù)寫紙下方線平行細(xì)線沒有與桌面平行調(diào)整滑輪,使細(xì)線與桌面平行釋放點木塊釋放位置距離打點計時器太遠(yuǎn)應(yīng)從靠近打點計時器的位置釋放木塊【典例3】一個實驗小組做“測定勻變速直線運動加速度”的實驗。(1)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)用一條紙帶穿過打點計時器有圖1中的兩種穿法,他感到有點猶豫。你認(rèn)為________(選填“甲”或“乙”)的穿法效果更好。

(2)接通電火花計時器所使用的電源是________、電壓是________V。

(3)接通電源與釋放紙帶,這兩個操作的先后順序應(yīng)當(dāng)是()A.先接通電源,后釋放紙帶B.先釋放紙帶,后接通電源C.釋放紙帶的同時接通電源D.先接通電源或先釋放紙帶都可以(4)在實驗中得到了一條紙帶,如圖2所示,從O點開始記錄幾個計數(shù)點,依次編為1、2、3、4、5、6,這些相鄰的計數(shù)點之間還有四個點未畫出(打點計時器的電源頻率是50Hz),測得s1=1.22cm,s2=2.00cm,s3=2.78cm,s4=3.62cm,s5=4.40cm,s6=5.18cm…試根據(jù)紙帶求解以下問題:①與小車相連的是紙帶的________(選填“左”或“右”)端;

②兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=________s;

③A點處瞬時速度的大小vA=________m/s;(保留兩位有效數(shù)字)

④利用逐差法求小車運動加速度的表達(dá)式為a=_________________;(請用s1、s2、…、s6和T來表示)

⑤求出的加速度的大小為a=________m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)

【解析】(1)紙帶應(yīng)穿過打點計時器的限位孔,壓在復(fù)寫紙下面。甲的穿法效果更好。(2)打點計時器使用的都是交流電源,電火花計時器使用的是220V的交流電。(3)使用打點計時器要先接通電源,再釋放紙帶(小車),A正確,B、C、D錯誤。故選A。(4)①小車做勻加速運動,則相等時間間隔內(nèi),位移越來越大,所以紙帶的左端與小車相連。②由于相鄰計數(shù)點之間有四個計時點,所以相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=5×0.02s=0.1s③根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可得vA=s3+s④根據(jù)逐差法