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)、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、紙帶、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、導(dǎo)線(xiàn)、電源、復(fù)寫(xiě)紙。
2．實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)
3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，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(chē)上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車(chē)后面。(3)把小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車(chē)。(4)小車(chē)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶。(5)換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析。
4．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，后讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開(kāi)電源，后取下紙帶。(3)防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，防止槽碼落地及小車(chē)與滑輪相撞。(4)減小誤差：小車(chē)的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差，計(jì)算加速度大小時(shí)以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。(5)小車(chē)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置釋放。
1．依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線(xiàn)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＝0.02n s(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50 Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù))。(4)Δx＝aT2，只要小車(chē)做勻變速直線(xiàn)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。
【例1】　某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置及電火花計(jì)時(shí)器探究小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。(1)為完成本實(shí)驗(yàn)，下列器材中必須有的是(填編號(hào))________。①天平②4～6 V低壓直流電源
③刻度尺④秒表(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中以下操作必要的是________。A．托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車(chē)的總質(zhì)量B．調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板平行C．將長(zhǎng)木板遠(yuǎn)離滑輪的一端用小木塊墊起D．釋放小車(chē)前，小車(chē)應(yīng)盡可能靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置E．選擇平直且各處粗糙程度相同的長(zhǎng)木板做實(shí)驗(yàn)
(3)實(shí)驗(yàn)中獲得某條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電頻率為f，若________________________(填寫(xiě)表達(dá)式，用題及圖中物理量表示)，則可認(rèn)為勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)具有____________________________________的特點(diǎn)(提示：填有關(guān)速度或位移的特點(diǎn))。
s4－s3＝s3－s2＝s2－s1
[解析]　(1)在處理紙帶求解速度與加速度的過(guò)程中，物體的質(zhì)量不需要知道，所以不用天平測(cè)物體的質(zhì)量，故①錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)使用的電源必須是交流電源，故②錯(cuò)誤；刻度尺要用來(lái)測(cè)量紙帶上各點(diǎn)之間的距離，所以必須要有刻度尺，故③正確；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身就是計(jì)時(shí)的儀器，所以不需要秒表，故④錯(cuò)誤。(2)不管托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量與小車(chē)的總質(zhì)量大小關(guān)系如何，只要小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)即可，即托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車(chē)的總質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板平行，保
證小車(chē)所受的合力在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不變，故B正確；將長(zhǎng)木板遠(yuǎn)離滑輪的一端用小木塊墊起是為了平衡摩擦力，但本實(shí)驗(yàn)是探究小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，不管是否平衡摩擦力，只要小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)即可，因此不需要將長(zhǎng)木板遠(yuǎn)離滑輪的一端用小木塊墊起，故C錯(cuò)誤；為了紙帶的利用率，釋放小車(chē)前，小車(chē)應(yīng)盡可能靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置，故D正確；為了保證小車(chē)受力穩(wěn)定，做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因此要選擇平直且各處粗糙程度相同的長(zhǎng)木板做實(shí)驗(yàn)，故E正確。(3)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)在連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差相等，本實(shí)驗(yàn)要探究小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，即s4－s3＝s3－s2＝s2－s1。
【例2】　在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，圖甲是記錄小車(chē)運(yùn)動(dòng)情況的一條紙帶，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)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源頻率為50 Hz。
(1)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。(2)利用求得的數(shù)值在圖乙坐標(biāo)系中作出小車(chē)的v-t圖像(以打A點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí))，并根據(jù)圖線(xiàn)求出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a＝ ________________ m/s2。(3)將圖線(xiàn)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__________________________________________。
13.0(12．8～13.2)
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
(2)小車(chē)的v-t圖像如圖所示，作圖時(shí)應(yīng)注意盡量使描繪的點(diǎn)落在直線(xiàn)上，若不能落在直線(xiàn)上，盡量讓其分布在直線(xiàn)兩側(cè)。
[答案]　 (2)圖見(jiàn)解析
【例3】　光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況常用的計(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1.0×10－2 s和4.0×10－3 s。用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。
(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)果均保留兩位有效數(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。
[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。
【例4】　(2022·廣東廣州高三模擬)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量勻變速直線(xiàn)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))；
2．38×104(2．28×104～2．52×104均正確)
0.518(0.497～0.549均正確)
【例5】　(2020·山東卷)2020年5月，我國(guó)進(jìn)行了珠穆朗瑪峰的高度測(cè)量，其中一種方法是通過(guò)使用重力儀測(cè)量重力加速度，進(jìn)而間接測(cè)量海拔高度。某同學(xué)受此啟發(fā)就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮?。?shí)驗(yàn)步驟如下：
(ⅰ)如圖甲所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為53°，在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺(圖中未畫(huà)出)。(ⅱ)調(diào)整手機(jī)使其攝像頭正對(duì)木板表面，開(kāi)啟視頻錄像功能。將小物塊從木板頂端釋放，用手機(jī)記錄下小物塊沿木板向下做加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情況。然后通過(guò)錄像的回放，選擇小物塊運(yùn)動(dòng)路徑上合適的一點(diǎn)作為測(cè)量參考點(diǎn)，得到小物塊相對(duì)于該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離L與運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的數(shù)據(jù)。
(ⅳ)再次調(diào)節(jié)墊塊，改變木板的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)?；卮鹨韵聠?wèn)題。(1)當(dāng)木板的傾角為37°時(shí)，所繪圖像如圖乙所示。由圖像可得，物塊過(guò)測(cè)量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小為_(kāi)___________________m/s；選取圖線(xiàn)上位于坐標(biāo)紙網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的A、B兩點(diǎn)，利用A、B兩點(diǎn)數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為_(kāi)_______m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
0.33(0.31～0.35均可)
(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮開(kāi)_______m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，sin 37°＝0.60，cs 37°＝0.80)。
[創(chuàng)新評(píng)價(jià)]　本實(shí)驗(yàn)屬于實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛿?shù)據(jù)處理創(chuàng)新，用手機(jī)記錄下小物塊沿木板向下做加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情況，利用圖像數(shù)據(jù)得到小物塊下滑的加速度大小，再結(jié)合牛頓第二定律求得重力加速度。

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