实验03 实验：测定匀变速直线运动的加速度（原卷版）---【同步实验课】2023-2024高中物理实验大盘点.docx
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实验03测定匀变速直线运动的加速度
测定匀变速直线运动的加速度
测定匀变速直线运动的加速度
1．【实验原理】
判断物体是否做匀变速直线运动的方法：Δx＝aT2。
利用打点计时器打下的纸带测定匀变速直线运动的加速度。
2．【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、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。
3．【实验步骤】
(1)按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。
(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。
(3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车。
(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。
(5)换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
4．【数据处理】
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内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2…。
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02ns(打点计时器的频率为50Hz，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。
数据处理
(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＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)
a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）,9T2)。
(3)利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。
(4)利用速度—时间图像求加速度
①作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；
②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。
5．【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，后取下纸带。
(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞。
(4)选纸带时应选点迹清晰的，且舍去打点密集部分。
(5)注意区别计时点和计数点，明确计数点间的时间间隔。
(6)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量的相对误差，计算加速度大小时以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。
(7)小车从靠近打点计时器位置释放。
(8)作图像时，纵、横坐标轴单位的选取要适当，同时注意连线的原则。
6．【误差分析】
(1)木板的粗糙程度不同引起的误差。
(2)电源频率不稳引起的误差。
(3)测量纸带上的打点位移有误差。
(4)在坐标纸上描点、作图时引起误差。
操作要领
(1)平行：细绳、纸带与长木板平行。
(2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置。
(3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带。
(4)防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏。
(5)适当：悬挂槽码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集。
创新角度：实验装置的改进、数据处理的创新
【典例1】用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
(1)实验的主要步骤：
①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，读得d＝__________mm。
②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x。
③滑块从A点静止释放(已知槽码落地前挡光片已通过光电门)。
④读出挡光片通过光电门所用的时间t。
⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点静止释放，测量相应的x值并读出t值。
(2)根据实验测得的数据，以x为横坐标，eq\f(1,t2)为纵坐标，在坐标纸中作出eq\f(1,t2)-x图线如图丙所示，求得该图线的斜率k＝________m－1·s－2；由此进一步求得滑块的加速度a＝________m·s－2。(计算结果均保留3位有效数字)
创新点分析
创新点分析
(1)改变光电门的位置，距离x发生变化，滑块经过光电门的时间t将随之发生变化。
(2)建立位移x与eq\f(1,t2)的坐标系，通过eq\f(1,t2)-x图线的斜率计算滑块的加速度。
【典例2】小明同学用手机拍摄视频的方法测量木块做匀变速直线运动的加速度，测量方法和步骤如下：
(1)如图，在长木板侧面平行木板固定一刻度尺(单位为：cm)，并按图组装好其他器材，调节滑轮使细线与木