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2013届高考物理一轮总复习课件10


第二章

直线运动
第5讲 动 实验:研究匀变速直线运

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?
? ?

一、实验目的 1.练习使用打点计时器,学习利用 打上点的纸带研究物体的运动. 2.学习用打点计时器测定瞬时速度 和加速度. 二、实验原理
2

?

1.打点计时器是一种使用交流电源 的计时仪器,它每隔0.02s打一次点(由于 电源频率是50Hz),纸带上的点表示的是 与纸带相连的运动物体在不同时刻的位 置,研究纸带上点之间的间隔,就可以 了解物体运动的情况.

3

?

2.由纸带判断物体做匀变速直线运动的 方法:如图2-5-1所示,0、1、2…为时间间隔 相等的各计数点,s1、s2、s3…为相邻两计数点 间的距离,若Δs=s2-s1=s3-s2=…=恒量,即若连 续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与 纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动.

?

图2-5-1

4

?

3.由纸带求物体运动加速度的方法

?

(1)用“逐差法”求加速度:即根据s4s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间 隔)求出
a1 ? s 4 ? s1 3T
2

、 a2 ?

s5 ? s 2 3T
2

、 a3 ?

s6 ? s3 3T
2



?

再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速
度,即:
a ? a1 ? a 2 ? a 3 3 ?

? s6

? s 5 ? s 4 ? ? ? s 3 ? s 2 ? s1 ? 9T
2

.

5

? ?

(2)用v-t图法:即先根据 v ? s n ? s n ? 1 n
2T

求出打第n点时纸带的瞬时速度,后作出v-t图 线,图线的斜率即为物体运动的加速度.

6

? ?

?

三、实验器材 小车,细绳,钩码,一端附有定滑轮的长 木板,打点计时器,低压交流电源,导线两根, 纸带,米尺等. 四、实验步骤

?

图2-5-2
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?

?

1.把一端附有定滑轮的长木板平放在实 验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固 定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路, 如图2-5-2所示. 2.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑 轮,并在细绳的另一端挂上合适的钩码,放手 后,小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距 离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固 定在小车的后面.

8

?

?

3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通 电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器就 在纸带上打下一系列的点,取下纸带,换上新纸 带,重复实验三次. 4.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带, 舍掉开头一些比较密集的点,为了测量方便和减 少误差,从便于测量的位置找一个计数点A,然 后每5个点(或者说每隔4个点)取一个计数点B、C、 D….如图2-5-3所示,这样每两个计数点间的时 间间隔为0.1s.

图2-5-3
9

?

5.使用毫米刻度尺测量出两点之间 的距离,用逐差法求出加速度,也可求出 各计数点对应的速度,作v-t图,求得图线 的斜率即为物体运动的加速度.

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? ?

?

?

五、注意事项 1.打点计时器在纸带上应打出轻重合 适的小圆点,如果打出的是短横线,应使振 针距复习纸的高度增大一点. 2.使用打点计时器打点时,应先接通 电源,打点计时器稳定后再释放纸带,纸带 打完后及时断开电源. 3.开始释放小车时,应使小车靠近打 点计时器.

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?

?

?

?

4.小车的加速度应适当大一些,以能在 纸带上长约50cm的范围内清楚地取7~8个计 数点为宜. 5.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. 6.不要分段测量各段位移,可统一量出 各计数点到计数起点之间的距离,读数时应估 读到毫米的下一位. 7.计算结果时注意题目对有效数字的要 求.
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例1
?

某同学用图2-5-4所示装置测量重力 加速度g,所用交流电频率为50Hz.在所选纸带 上取某点为0号计数点,然后每3个点取一个 计数点,所有测量数据及其标记符号如图25-5所示.

图2-5-5

13

图2-5-4

14

?

该同学用两种方法处理数据(T为相邻两 计数点的时间间隔):
方法A:由
g1 ? s 2 ? s1 T
2

? ?

, g2 ?

s3 ? s 2 T
2

? g5 ?

s6 ? s5 T
2

取平均值g=8.667 m/s2;

?
?

方法B:由

3 取平均值g=8.673 m/s2.T

g1 ?

s 4 ? s1
2

, g2 ?

s5 ? s 2 3T
2

, g3 ?

s6 ? s3 3T
2

,

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?

?

?
?

从数据处理方法看,在s1、s2、s3、s4、 s5、s6中,对实验结果起作用的,方法A中 有 ;方法B中有 . 因此,选择方法(A或B)更合理,这样可以减 少实验的(系统或偶然)误差.本实验误差的主要 来源有 (试举出两条). 逐差法,误差.
方法A:
g1 ? g 2 ? g 3 ? g 4 ? g 5 s 6 ? s1 5T
2

?

所以对实验结果起作用的只有s1和s6; 5

g ?

?



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?
?

方法B: ? ? s 6 ? s 5 ? s 4 ? ? ? s1 ? s 2 ? s 3 ? , g 2
所以s1, s2, s3, s4, s5, s6对实验均起作用.因此
9T

选择方法B更合理,这样可以减少实验的偶然
误差.本实验误差的主要来源有:阻力(空气阻

力,振针的阻力,限位孔的阻力,复写纸的阻
力等),交流电频率波动,长度测量,数据处理

方法等.

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变式练习1
?

方法A只用两组数据偶然误差大, 方法D实际上只用第1组数据和最后一组数据, 其他数据都没有用到,偶然误差较大,而方 法B也是不妥的,因物理学的图象中,纵横 坐标的标度往往不同,其斜率不等于倾角的正 切值,故答案为C.

?

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?

如图2-5-6(a)所示,小车放在斜面上, 例2 车前端拴有不可伸长的细线,跨过固定在斜面 边缘的小滑轮与重物相连,小车后面与打点计 时器的纸带相连.起初小车停在靠近打点计时器 的位置,重物到地面的距离小于小车到滑轮的 距离.

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?

?

启动打点计时器,释放重物,小车在重 物的牵引下,由静止开始沿斜面向上运动,重 物落地后,小车会继续向上运动一段距离.打点 计时器使用的交流电频率为50Hz.图2-5-6(b)中a、 b、c是小车运动纸带上的三段,纸带运动方向 如箭头所示. (1)根据所提供纸带上的数据,计算打c段 纸带时小车的加速度大小 为m/s2.(结果保留 两位有效数字)

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?

图2-56

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?

?
?

(2)打a段纸带时,小车的加速度是 2.5m/s2.请根据加速度的情况,判断小车运动的 最大速度可能出现在b段纸带中的 . (3)如果取重力加速度10m/s2,由纸带数 据可推算出重物与小车的质量比为 . 用打点计时器研究物体的运动.

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?

(1)打c段纸带时重物已落地,小 车做匀减速直线运动,其加速度大小
a ?

? s1 ? s 2

? s3 ? ? ? s 4 ? s5 ? s6 ? 9T
2

?

? 2 .0 8 ? 1 .9 0 ? 1 .7 3 ? ? ?1 .4 8 ? 1 .3 2 ? 1 .1 2 ?
9 ? 0 .0 2
2 2

? 10

?2

m /s

2

? 5 .0 m /s

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?

(2)D4D3-D3D2=D3D2-D2D1=0.1cm,说 明小车仍在做匀加速直线运动;D6D5D7D6=0.2cm,说明小车已在做匀减速直线运动; 而D5D4-D4D3=0.06cm,D5D4-D6D5=0.16cm, 所以砝码是在打D4、D5之间着地的,故最大速 度可能出现在D4D5区间内.

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?

?

?
?

?
? ?

(3)设重物的质量为m1,小车质量为m2, 设重物落地前加速度大小为a1,细绳的拉力为 T,根据牛顿第二定律有 m1g-T=m1a1 ① T-m2gsinθ-Ff=m2a1 ② 已知,重物落地前小车的加速度 a1=2.5m/s2 ③ 重物落地后小车的加速度 a=5.0m/s2,且m2gsinθ+Ff=m2a ④ 由①②③④解得:
m1 m2 ? 1 1
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变式练习2
? ?

(1)对纸带的研究直接利用逐差 法取平均值计算加速度可得
a ?

? s4

? s 5 ? s 6 ? ? ? s1 ? s 2 ? s 3 ?

? 3T ?
?

2

? 4 .3 7 ? 3 .8 8 ? 3 .3 9 ? ? ?1 .8 9 ? 2 .4 0 ? 2 .8 8 ?
0 .3
2

cm /s

2

? ?

=0.497m/s2 (2)①CD, ②天平

26

?

(3)对滑块和砝码盘整体分析,由牛顿第二
定律 m3g-μm2g=(m2+m3)a , ? ? m 3 g ? ? m 3 ? m 2 ? a

?

?

打点计时器振动时会对纸带产生阻力,使
测得的加速度偏小,因而使测量的μ偏大.

m2g

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