浅谈对“研究匀变速直线运动”实验的考查

摘要：“研究匀变速直线运动”实验是高一物理的一个学生分组实验，考查本实验的试题很多，本文归纳近几年对本实验的考查。

关键词：匀变速；直线运动；实验

“研究匀变速直线运动”实验是高一物理的一个学生分组实验，通过学生的动手操作，要求学生能弄清原理，正确操作以及对实验进行数据处理。近几年考查本实验的试题很多，本文重点归纳、探讨对本实验的考查。

一、 实验装置的类型

纵观近几年的高考和各省市模拟试题，考查本实验装置基本上有两种类型。第一种类型是利用长木板、小车、打点计时器为主要仪器的经典力学装置，如图1所示。第二种类型是利用光电门、滑块、斜面为主要仪器的实验装置，如图6所示。

二、 考查实验步骤

例1研究小车匀变速直线运动的实验装置如图1所示。

实验部分步骤如下：

A. 打点完毕，立即关闭电源。

B. 应先接通电源，待打点稳定后释放小车。

C. 把打点计时器固定在斜面上并连接好纸带。

上面正确的实验步骤顺序是：。（用字母填写）

解析：上面正确的实验步骤顺序是：把打点计时器固定在斜面上并穿好纸带，应先接通电源，待打点稳定后释放小车，打点完毕，立即关闭电源。也就是CBA。

三、 考查在数据处理中求加速度

1. 考查用逐差法求加速度

例2某同学利用图2装置研究小车的匀变速直线运动。

（1）实验中，必要的措施是。

A. 长木板必须与细线平行

B. 先释放小车再接通电源

C. 钩码的质量远小于小车的质量

D. 不要平衡长木板与小车间的摩擦力

（2）如图3是打点计时器打下的一条纸带。已知使用电源的交流电频率为50Hz，相邻两计数点的时间间隔为0.1s。由图3纸带的数据可知，打E点时物体的速度vE=m/s，物体运动的加速度a=m/s2（结果保留两位有效数字）。

解析：（1）利用长木板、小车、打点计时器等研究匀变速直线运动，必要的措施是：细线必须与长木板平行；先接通电源再释放小车；不需要平衡摩擦力，不需要满足钩码的质量远小于小车的质量。因为只要让小车做匀变速运动，因此选项是A。

（2）vE=xDFtDF=0.023+0.02622×0.1≈0.25m/s。

由Δx=aT2，T=0.10s和逐差法可得小车的加速度a=（sDE-sAB）+（sEF-sBC）+（sFG-sCD）9T2=0.30m/s2。

本题考查的逐差法给出的数据是偶数项的，但很多试题给出的数据是奇数项的。如图3中给出的数据去掉FG，只有AB、BC、CD、DE、EF五组数据，这种奇数项的逐差法有两种。第一种方法是去掉最开始的AB位移，则a=（DE+EF）-（BC+CD）4T2，第二种方法是去掉最中间的CD位移，则a=（DE+EF）-（AB+BC）6T2。

2. 考查用图象求加速度

（1）利用st2图象求加速度

例3如图4是在“研究匀变速直线运动”实验中打下的一条纸帶，E、D、C、B、A和O为纸带上的计数点。用a表示物体运动的加速度大小。

（1）OD间的距离为cm。

（2）如图5的st2图线是根据实验数据绘出的（s为E、D、C、B、A计数点到O点的距离），结合图线可求得物体运动的加速度大小为m/s2（保留三位有效数字）。

解析：

（1）OD间距为1.20cm。

（2）由图5的st2图线的延长线过原点且图线是直线，说明s与t2成正比，再由运动学的位移公式s=v0t+12at2可知，O点的速度为零，再由s=12at2可知，图线的斜率表示加速度的一半，a=2×0.028-0.0020.06-0.004m/s2≈0.929m/s2。

（3）利用v-

SymbolDA@ t图象求加速度

例4某兴趣小组利用小车、光电门、挡光片等主要实验仪器设计了如下实验来研究小车在斜面上运动的瞬时速度和加速度。如图6所示，在倾斜斜面的A处放置一光电门，让载有挡光片（宽度为

SymbolDA@ s）的小车从P点静止下滑，当小车经过倾斜斜面的A点时，放置在A处的光电门自动记录下挡光片经过A点所经历的时间

SymbolDA@ t。接下来，不断改变挡光片的宽度重复上述实验，得到如图7表格中的数据。

（1）为什么每次小车必须从同一点P静止下滑，请说明理由。

（2）兴趣小组的某同学把图7表格中的数据，在图8中描出了数据点，请在图8中把描出的数据点作出v-

SymbolDA@ t图线。

（3）利用图线得出挡光片的前边缘通过A点时的瞬时速度vA=m/s；小车在斜面运动的加速度a=m/s2（保留三位有效数字）

解析：

（1）理由是保证小车每次初速度为零且每次小车沿斜面下滑挡光片的前边缘到斜面A点的距离相同，也就是挡光片的前边缘每次到达A点的速度相同。

（2）根据所描的数据点作出v-

SymbolDA@ t图线如图9所示。由运动学规律得：

SymbolDA@ s=vA

SymbolDA@ t+12a（

SymbolDA@ t）2，解得v=vA+12a

SymbolDA@ t，由v=vA+12a

SymbolDA@ t结合图9图线可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA，将图线延长与纵轴相交，得vA=0.550m/s，图线的斜率等于12a，即12a=0.578-0.5540.1384-0.018m/s2，解得a≈0.399m/s2。也有试题在图6中，在斜面A点上方和P点之间再放一个光电门B，光电门B可以移动，让小车每次从P点静止下滑，记下小车的挡光片经过A、B光电门的时间，用米尺量出两个光电门的距离s，改变B光电门的位置，记下对应的s和t，根据所测的数据描出st-t，再由st-t求速度和加速度，vA=0.25m/s。

四、 考查在数据处理中求瞬时速度

1. 利用匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度求解

上面的例2试题中，可得vE=DE+EF2T=0.25m/s

2. 利用图线的坐标交点求速度

上面的例4试题中，由v=vA+12a

SymbolDA@ t结合图9图线可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA，将图线延长与纵轴相交，得vA=0.550m/s。

从上面的高考试题可以看出，高考对“研究匀变速直线运动”实验的考查，主要是考查学生对实验操作的掌握程度，对匀变速直线运动的基本规律的运用能力以及数据处理能力。解题时要搞清实验的原理及其步骤，在处理图象问题中，能通过运动学的基本公式入手，找到图象的函数关系，再结合图象的截距和斜率求解相关的物理量。

作者简介：胡冰琳，福建省龙岩市，连城一中。