摘要：“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)是高一物理的一個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，考查本實(shí)驗(yàn)的試題很多，本文歸納近幾年對(duì)本實(shí)驗(yàn)的考查。

關(guān)鍵詞：勻變速；直線運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)

“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)是高一物理的一個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生的動(dòng)手操作，要求學(xué)生能弄清原理，正確操作以及對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。近幾年考查本實(shí)驗(yàn)的試題很多，本文重點(diǎn)歸納、探討對(duì)本實(shí)驗(yàn)的考查。

一、 實(shí)驗(yàn)裝置的類(lèi)型

縱觀近幾年的高考和各省市模擬試題，考查本實(shí)驗(yàn)裝置基本上有兩種類(lèi)型。第一種類(lèi)型是利用長(zhǎng)木板、小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為主要儀器的經(jīng)典力學(xué)裝置，如圖1所示。第二種類(lèi)型是利用光電門(mén)、滑塊、斜面為主要儀器的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖6所示。

二、 考查實(shí)驗(yàn)步驟

例1研究小車(chē)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)部分步驟如下：

A. 打點(diǎn)完畢，立即關(guān)閉電源。

B. 應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放小車(chē)。

C. 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面上并連接好紙帶。

上面正確的實(shí)驗(yàn)步驟順序是：。（用字母填寫(xiě)）

解析：上面正確的實(shí)驗(yàn)步驟順序是：把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面上并穿好紙帶，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放小車(chē)，打點(diǎn)完畢，立即關(guān)閉電源。也就是CBA。

三、 考查在數(shù)據(jù)處理中求加速度

1. 考查用逐差法求加速度

例2某同學(xué)利用圖2裝置研究小車(chē)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

（1）實(shí)驗(yàn)中，必要的措施是。

A. 長(zhǎng)木板必須與細(xì)線平行

B. 先釋放小車(chē)再接通電源

C. 鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量

D. 不要平衡長(zhǎng)木板與小車(chē)間的摩擦力

（2）如圖3是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的一條紙帶。已知使用電源的交流電頻率為50Hz，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1s。由圖3紙帶的數(shù)據(jù)可知，打E點(diǎn)時(shí)物體的速度vE=m/s，物體運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

解析：（1）利用長(zhǎng)木板、小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，必要的措施是：細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行；先接通電源再釋放小車(chē)；不需要平衡摩擦力，不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。因?yàn)橹灰屝≤?chē)做勻變速運(yùn)動(dòng)，因此選項(xiàng)是A。

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

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

本題考查的逐差法給出的數(shù)據(jù)是偶數(shù)項(xiàng)的，但很多試題給出的數(shù)據(jù)是奇數(shù)項(xiàng)的。如圖3中給出的數(shù)據(jù)去掉FG，只有AB、BC、CD、DE、EF五組數(shù)據(jù)，這種奇數(shù)項(xiàng)的逐差法有兩種。第一種方法是去掉最開(kāi)始的AB位移，則a=（DE+EF）-（BC+CD）4T2，第二種方法是去掉最中間的CD位移，則a=（DE+EF）-（AB+BC）6T2。

2. 考查用圖象求加速度

（1）利用st2圖象求加速度

例3如圖4是在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中打下的一條紙帶，E、D、C、B、A和O為紙帶上的計(jì)數(shù)點(diǎn)。用a表示物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小。

（1）OD間的距離為cm。

（2）如圖5的st2圖線是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的（s為E、D、C、B、A計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離），結(jié)合圖線可求得物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小為m/s2（保留三位有效數(shù)字）。

解析：

（1）OD間距為1.20cm。

（2）由圖5的st2圖線的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)且圖線是直線，說(shuō)明s與t2成正比，再由運(yùn)動(dòng)學(xué)的位移公式s=v0t+12at2可知，O點(diǎn)的速度為零，再由s=12at2可知，圖線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圖象求加速度

例4某興趣小組利用小車(chē)、光電門(mén)、擋光片等主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來(lái)研究小車(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度。如圖6所示，在傾斜斜面的A處放置一光電門(mén)，讓載有擋光片（寬度為

SymbolDA@ s）的小車(chē)從P點(diǎn)靜止下滑，當(dāng)小車(chē)經(jīng)過(guò)傾斜斜面的A點(diǎn)時(shí)，放置在A處的光電門(mén)自動(dòng)記錄下?lián)豕馄?jīng)過(guò)A點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間

SymbolDA@ t。接下來(lái)，不斷改變擋光片的寬度重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得到如圖7表格中的數(shù)據(jù)。

（1）為什么每次小車(chē)必須從同一點(diǎn)P靜止下滑，請(qǐng)說(shuō)明理由。

（2）興趣小組的某同學(xué)把圖7表格中的數(shù)據(jù)，在圖8中描出了數(shù)據(jù)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)趫D8中把描出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出v-

SymbolDA@ t圖線。

（3）利用圖線得出擋光片的前邊緣通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度vA=m/s；小車(chē)在斜面運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2（保留三位有效數(shù)字）

解析：

（1）理由是保證小車(chē)每次初速度為零且每次小車(chē)沿斜面下滑擋光片的前邊緣到斜面A點(diǎn)的距離相同，也就是擋光片的前邊緣每次到達(dá)A點(diǎn)的速度相同。

（2）根據(jù)所描的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出v-

SymbolDA@ t圖線如圖9所示。由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律得：

SymbolDA@ s=vA

SymbolDA@ t+12a（

SymbolDA@ t）2，解得v=vA+12a

SymbolDA@ t，由v=vA+12a

SymbolDA@ t結(jié)合圖9圖線可知，圖線與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，得vA=0.550m/s，圖線的斜率等于12a，即12a=0.578-0.5540.1384-0.018m/s2，解得a≈0.399m/s2。也有試題在圖6中，在斜面A點(diǎn)上方和P點(diǎn)之間再放一個(gè)光電門(mén)B，光電門(mén)B可以移動(dòng)，讓小車(chē)每次從P點(diǎn)靜止下滑，記下小車(chē)的擋光片經(jīng)過(guò)A、B光電門(mén)的時(shí)間，用米尺量出兩個(gè)光電門(mén)的距離s，改變B光電門(mén)的位置，記下對(duì)應(yīng)的s和t，根據(jù)所測(cè)的數(shù)據(jù)描出st-t，再由st-t求速度和加速度，vA=0.25m/s。

四、 考查在數(shù)據(jù)處理中求瞬時(shí)速度

1. 利用勻變速運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度求解

上面的例2試題中，可得vE=DE+EF2T=0.25m/s

2. 利用圖線的坐標(biāo)交點(diǎn)求速度

上面的例4試題中，由v=vA+12a

SymbolDA@ t結(jié)合圖9圖線可知，圖線與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，得vA=0.550m/s。

從上面的高考試題可以看出，高考對(duì)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的考查，主要是考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的掌握程度，對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的運(yùn)用能力以及數(shù)據(jù)處理能力。解題時(shí)要搞清實(shí)驗(yàn)的原理及其步驟，在處理圖象問(wèn)題中，能通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本公式入手，找到圖象的函數(shù)關(guān)系，再結(jié)合圖象的截距和斜率求解相關(guān)的物理量。

作者簡(jiǎn)介：胡冰琳，福建省龍巖市，連城一中。