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实验一：探究匀变速直线运动的规律
一、打点计时器
1.作用：计时仪器，当所用交变电源的频率f＝50 Hz 时，每隔0.02 s 打一次点．
2.结构
(1)电磁打点计时器：6V 交变电源
(2)电火花计时器：220V 交变电源
二、实验：探究小车速度随时间变化的规律
1.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、槽码、刻度尺、导线、
交变电源．
2.实验过程
(1)按照实验装置，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)更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．
3.数据处理
(1)求物体的速度与加速度
①利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝.
②利用逐差法求解平均加速度
a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝＝
.
③利用速度—时间图像求加速度
a.作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；
b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．
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(2)依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
①x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．
Δ
②x 是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….
③若Δx 等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动．
Δ
④x＝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．
4．注意事项
(1)平行：纸带、细绳要与长木板平行．
(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)减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约50 cm 的纸
带上清楚地取出6～7 个计数点为宜．
(5)小车从靠近打点计时器位置释放．
5.误差分析
(1)纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起误差．
(2)计数点间距测量有偶然误差．
(3)作图有误差．
知识一：教材原型实验
处理数据应注意的四点
(1)时间间隔:“相邻两个计数点间有四个点”或“每5 个点取一个计数点”的含义:相邻计数点间的时间间隔
为0.1 s(50 Hz 交流电源)。
(2)单位换算:本实验长度测量数据一般是“厘米”,要换算成“米”。
(3)有效数字:按有效数字的要求取计算结果。
(4)准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位,仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量
落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧
【例1】某同学用如图甲所示的装置探究小车做匀变速直线运动的规律，他采用电火花计时器进行实验。
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（1） 请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上（填编号）_____。
①电火花计时器；
②天平；
③约为
的低压交流电源；
④细绳和纸带；
⑤砝码、托盘和小车；
⑥刻度尺；
⑦秒表；
⑧一端带有定滑轮的长木板。
（2） 安装好实验装置后，先____，再____。纸带被打出一系列点，其中一段如图乙所示，可知纸带的
_____（填“左”或“右”）端与小车相连。
（3） 如图乙所示的纸带上，A 、B 、C 、D 、E 为纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为
，则
_____
，
____
。（结果均保留2 位有效数字）
【例2】某同学在探究小车速度随时间变化的规律时，对打出的一条纸带进行研究，从O 点开始每5 个打
点取一个计数点（中间4 个打点未画出，电源频率为50 赫兹），计数点分别为A、B、C、D、E，该同学
已求出各计数点对应的速度，其数值见下表。
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计数点
A
B
C
D
E
速度/（m·s－
1）
0.70
0.91
1.10
1.30
1.49
（1）根据以上数据在所给的坐标纸中作出小车的v－t 图线_______（适当标出横、纵坐标刻度）；
（2）计数点O 对应的速度为________m/s，加速度为________m/s2。（结果保留两位有效数字）
知识二：创新型实验
创新角度
实验装置图
创新解读
实验原理的
创新
1.滑块在斜面上靠重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合
力获得加速度
2．挡光片经过光电门的平均速度作为滑块速度
3．平均速度的大小与挡光片的长度有关
1.物块在斜面上靠重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合
力获得加速度
2．由纸带确定物块的加速度
3．结合牛顿第二定律求动摩擦因数
实验器材
的创新
1.用滴水针头替代打点计时器打纸带
2．小车在水平桌面上因摩擦做匀减速运动
实验过程
的创新
1.铁球靠重力产生加速度
2．铁球由A 到B 的时间可由数字毫秒表读出
3．铁球的加速度由－t 图线分析得出
【例1】某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，
A、B 为位置可调节的光电门，均与数字计时器N 相连。
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实验步骤如下：
①接通M 的开关，吸住小球；
②将A 固定在小球下方某一位置，调节B 的位置并固定，测出A 和B 之间的距离h1；
③断开M 的开关，小球自由下落，记录小球从A 到B 的时间，重复测量3 次对应于h1的时间，平均值为
t1；
④保持A 位置不变而改变B 的位置并固定，测出A 和B 之间的距离h2，重复测量3 次对应于h2的时间，平
均值为t2。
完成下列问题：
(1)本实验所用器材有；铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和___________（填入正确选项
前的字母）。
A．天平 B．刻度尺 C．游标卡尺
(2)重力加速度大小可表示为g=___________（用h1、t1、h2、t2表示）。
(3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B 的位置不变而改变A 的位置，那么该
组同学___________（填“能”或“不能”）正确测得重力加速度。
【例2】某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制滴水计时器计量时间．实验前，将该计时
器固定在小车旁，如图（a）所示．实验时，保持桌面水平，先用功率恒定的电动马达牵引着小车由静止
开始加速一段时间．再关闭马达，让小车在桌面上自由运动至静止．在小车运动过程中，滴水计时器等时
间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6 个水滴的位置．（已知滴水计时器每
内共滴下46
个小水滴，且开始计时时滴下的小水滴计为第1 滴．）
（1）根据图（b）的数据可判断出此过程中滴下的水滴是小车在_________________时留下的（填马达牵
引着加速或关闭马达后在桌面上减速）．还由图（b）可知，小车在桌面上是___________（填从右向左或
从左向右）运动的．
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（2）小车运动到图（b）中A 点时的速度大小约为__________
．（结果均保留2 位有效数字）
一、实验题
1．用电磁打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器的工作频率为50Hz，如图所示的是
一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G 为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点
未画出。
(1)根据运动学有关公式可求得 vB=16.50cm/s，vC=___cm/s，vD=26.30cm/s；
(2)利用求得的数值在如图所示的坐标系中做出小车的v—t 图线（以打A 点时开始计时）( )，并
根据图线求出小车运动的加速度a＝___m/s2；（结果保留2 位有效数字）
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是____cm/s，此速度的物理意义是______。
2．小华同学在“研究匀变速直线运动”的实验中，将打点计时器固定在某处，在绳子拉力的作用下小车
拖着穿过打点计时器的纸带在水平木板上运动，如图1 所示。由打点计时器得到表示小车运动过程的一条
清晰纸带的一段。如图2 所示，在打点计时器打出的纸带上确定出八个计数点，相邻两个计数点之间的时
间间隔为0.1s，并用刻度尺测出了各计数点到0 计数点的距离，图中所标数据的单位是cm。
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（1）小华利用家庭电源来做实验，因此应该选择___________打点计时器，工作电压为___________。
（2）根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、4、5 这五个计数点时小车的速度、请你
帮助他计算出打下计数点6 时小车的速度（结果保留3 位有效数字）并填入下表___________。
计数点
1
2
3
4
5
6
t/s
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
v/(m·s-1)
0.358
0.400
0.440
0.485
0.530
（3）根据v-t 图像可知，小车运动的加速度为___________m/s2（保留2 位有效数字）。
3．研究物体做匀变速直线运动的情况可以用打点计时器，也可以用光电门传感器。一组同学用如图所示
装置研究匀变速直线运动。滑块放置在水平气垫导轨的右侧，并通过跨过定滑轮的细线与一沙桶相连，滑
块与定滑轮间的细线与气垫导轨平行。滑块上安装了宽度为3.0 cm 的遮光条，将滑块由静止释放，先后通
过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间为0.015 s，通过第二个光电门的
时间为0.010 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为0.250 s。则滑块的加速
度大小为___________ m/s2，若忽略偶然误差的影响，测量值与真实值相比___________（选填“偏大”
“偏小”或“相同”）。
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4．某小组利用如图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。
（1）实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线和复写
纸。除上述器材外，还需要使用的有_________（填选项前字母）。
A．
交流电源 B．
交流电源 C．秒表 D．刻度
尺
（2）小组通过实验得到了如图乙所示的一条纸带（每两个相邻计数点间还有4 个点没有画出来），相邻两
个计数点间的距离已在图中标出。
①根据连续相等的时间间隔内的_______________基本相等，可认为小车做匀变速直线运动。
②已知交流电源的频率为
，则在打下C 点时小车的速度大小为______
（保留三位有效数字），
小车运动的加速度大小为______
（保留两位有效数字）。
5．在暗室中用如图（甲）所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、
尖嘴玻璃管、螺丝夹子、铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：
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①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率
一滴滴地落下；
②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的闪光频率
直到第一次看到一串仿佛
固定不动的水滴；
③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度；
④采集数据进行处理。
（1）实验中第一次看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是
___________。
（2）实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴
的距离如图（乙）所示，根据数据测得当地重力加速度
___________
；第8 个水滴此时的速度
___________m/s。（结果均保留三位有效数字）
（3）该实验存在造成系统误差的原因可能有（答出一条即可）：___________。
6．利用图甲装置可以测量滑块的加速度。气垫导轨上相隔一定距离的两处装有两个光电传感器1、2，滑
块上固定一遮光条，滑块与遮光条的总质量为M，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光
电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器1、2 时，
通过计算机可以得到如图乙所示的电压U 随时间t 变化的图像。
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（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，计算机屏幕上显示的电压U
随时间t 变化的图像如图乙所示，则要将气垫导轨右侧_______（调低或调高）。
（2）用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=________mm；
（3）若图乙是正确操作所得图像，则滑块运动的加速度大小a=______（用题干已知物理量和测得物理量
的字母符号表示）。
7．某探究小组同学为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该
计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程
中，滴水计时器滴下小水滴的时间间隔相等，图（b）记录了桌面上连续的6 个水滴的位置。（已知滴水计
时器滴水的时间间隔为0.5s）
（1）由图（b）可知，小车在桌面上是__________运动的。
A．从右向左 B．从左向右
（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速直线运动。小车运动到图（b）中A 点位置时的
速度大小为_____m/s，加速度大小为_____m/s2。（结果均保留2 位有效数字）
8．用电磁打点计时器测定物体做自由下落运动时的加速度，实验打出一条较长纸带，一同学在该纸带上
截取了不同位置的（a）（b）（c）（d）四段进行测量处理，每段纸带上有三个计时点，按顺序依次编号
为0~11，测量结果如图所示。所用电源频率为50Hz。
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（1）5、6 两点之间撕掉了_______个计时点；
（2）通过对四段纸带的计算分析，下述判断比较接近事实的是________；
A．物体开始下落时的加速度最接近重力加速度
B．当地的重力加速度为9.56m/s2
C．随物体速度的增大当地重力加速度减小
D．实验中物体运动阻力不可忽略
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