實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)。2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法（Δx＝aT2）。3.測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。二、實(shí)驗(yàn)原理與要求[基本實(shí)驗(yàn)要求]1.實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫(xiě)紙。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）按照實(shí)驗(yàn)原理圖，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端，接好電源。（2）把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下端掛適量的鉤碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面。（3）把小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車。（4）小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶。（5）換紙帶反復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析。3.注意事項(xiàng)（1）平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行。（2）兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后放開(kāi)小車；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開(kāi)電源，后取紙帶。（3）防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。（4）減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差產(chǎn)生的影響，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。

[規(guī)律方法總結(jié)]1.數(shù)據(jù)處理（1）目的通過(guò)紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等。（2）處理的方法①分析小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)——測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。②利用逐差法求解平均加速度（如圖所示）2.依據(jù)紙帶判斷小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)（1）x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。（2）Δx是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。（3）T是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T＝0.02ns（打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù)）。（4）Δx＝aT2，因?yàn)門(mén)是恒量，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的小車的加速度a也為恒量，所以Δx必然是個(gè)恒量。這表明：只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等。命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理與操作[典例1]（2021·四川達(dá)州診斷考試）研究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）。紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖（b），相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，計(jì)數(shù)點(diǎn)O至其他各計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離為xi（其中i＝1，2，3，…）。（1）部分實(shí)驗(yàn)步驟如下，其中正確的有

；A．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在木板上，讓紙帶穿過(guò)限位孔B．必須抬高木板右端，平衡摩擦力C．將小車尾部與紙帶相連，小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近D．先釋放小車，后接通電源（2）用x3、x5和T表示計(jì)數(shù)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的小車速度大小為v4＝

；（3）用x3、x6和T表示小車加速度的大小為a＝

。規(guī)律總結(jié)（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要求：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用“4～6V，50Hz”交流電源，電火花計(jì)時(shí)器用“220V，50Hz”交流電源。（2）本實(shí)驗(yàn)操作順序提示：木板—計(jì)時(shí)器—小車—通電—斷電。（3）考查操作的熱點(diǎn)問(wèn)題是：先通電再放小車，先斷電再取紙帶。

數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]

在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，如圖甲所示的是一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源頻率為50Hz。（1）根據(jù)

可以判定小車做勻加速運(yùn)動(dòng)。（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式可求得vB＝

m/s，vC＝

m/s，vD＝

m/s。（3）利用求得的數(shù)值在圖乙坐標(biāo)系中作出小車的vt圖線（以打A點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)），并根據(jù)圖線求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a＝

m/s2。（4）將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)是

m/s，則此速度的物理意義是_____________________________________________________________________________________________________________________________。

[解析]

（1）由紙帶上的點(diǎn)可以看出xAB＝7.5cm，xBC＝20.1cm，xCD＝32.7cm，xDE＝45.3cm，xDE－xCD＝xCD－xBC＝xBC－xAB＝12.6cm，相鄰相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差相等，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

[答案]

（1）相鄰相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差相等（2）1.38

2.64

3.90（3）圖見(jiàn)解析12.6（4）0.12打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)A時(shí)紙帶對(duì)應(yīng)的速度（5）越小越好有關(guān)命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新[典例3]

光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門(mén)的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開(kāi)始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來(lái)。圖乙中MN是水平桌面，Q是長(zhǎng)木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長(zhǎng)木板適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門(mén)，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出，長(zhǎng)木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長(zhǎng)木板的頂端滑下，光電門(mén)1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.0×10－2s和4.0×10－3s。用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。甲乙丙（1）滑塊的寬度d＝

cm。（2）滑塊通過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1＝

m/s，滑塊通過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2＝

m/s。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（3）由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是滑塊通過(guò)光電門(mén)1和2時(shí)的

，要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值，可將

的寬度減小一些。

[答案]（1）1.010（2）1.0

2.5（3）平均速度滑塊創(chuàng)新評(píng)價(jià)本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處在于改進(jìn)了速度的測(cè)量方法，利用光電計(jì)時(shí)器替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新[典例4]（2021·四川成都二診）用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。（1）實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d，結(jié)果如圖乙所示，則d＝

mm；②用刻度尺測(cè)量A點(diǎn)到光電門(mén)所在位置B點(diǎn)之間的水平距離x；③滑塊從A點(diǎn)由靜止釋放（已知砝碼落地前擋光片已通過(guò)光電門(mén)）；④讀出擋光片通過(guò)光電門(mén)所用的時(shí)間t；⑤改變光電門(mén)的位置，滑塊每次都從A點(diǎn)由靜止釋放，測(cè)量相應(yīng)的x值并讀出t值。

[答案]（1）①6.60（2）2.38×104（2.28×104～2.52×104均正確）0.518（0.497～0.549均正確）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新[典例5]（2019·高考全國(guó)卷Ⅲ）甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照。已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片。（1）若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是

。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．米尺 B．秒表C．光電門(mén)

D．天平（2）簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法。答：_____________________________________________________________________________________________________________。（3）實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝5