江苏2019年高考物理总复习第4讲实验一速度随时间变化的规律讲义.docx

第4讲实验一：速度随时间变化的规律考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求实验、探究：速度随时间变化的规律17年T10打点计时器纸带的处理实验与探究弱项清单1.计算能力不足2.不能准确用打点计时器结合逐差法测量物体的加速度实验储备一、实验目的1练习使用打点计时器，会用打点纸带研究物体的运动情况2会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度3利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的vt图象，根据图象求加速度二、实验原理(1)匀变速直线运动的特点：物体做匀变速直线运动时，若加速度为a，在各个连续相等的时间T内发生的位移依次为x1，x2，x3，x4，xn，则有：x2x1x3x2xnxn1aT2，即_可以依据这个特点，判断一个物体是否做匀变速直线运动匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于_(2)由纸带求物体加速度的方法：逐差法由xmxn(mn)aT2得x4x13a1T2x5x23a2T2x6x33a3T2a(3)利用平均速度求瞬时速度vn三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸(墨粉纸盘)、_、小车、_、细绳、刻度尺、钩码、两根导线四、实验步骤(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的砝码，将纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面实验装置如图所示；(2)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次；(3)从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，在选好的开始点下面记作0，0后面第5个点记作1，1后面第5个点记作2，依此标出计数点3，4，5，6，两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作x1，x2，x3，x4，x5，x6；(4)根据测量结果和前面计算公式，计算出a1，a2，a3的值，求出a的平均值它就是小车做匀变速直线运动的加速度五、数据处理由实验数据得出vt图象(1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点，如图，可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上(2)作一条直线，使同一次实验得到的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，这条直线就是本次实验的vt图象，它是一条倾斜的直线六、实验结论由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律有两条途径进行分析：(1)直接分析图象的特点得出，小车运动的vt图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化(2)通过函数关系进一步得到，既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成“线性关系”，小车的速度随时间均匀变化七、误差分析产生原因减小方法偶然误差根据纸带测量的位移有误差，从而使根据位移计算的瞬时速度有误差测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间距离系统误差木板的粗糙程度不完全相同尽量选用各处粗糙程度均匀的木板八、注意事项(1)电磁式打点计时器使用的电源是交变电流，工作电压为6 V以下电火花式打点计时器直接用220 V交流电(2)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器(3)应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车(4)小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无法区别(5)要防止钩码落地后小车跟定滑轮相撞；纸带打完后及时断开电源(6)选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃点迹密集部分，适当选取计数点(计数点与计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒(7)不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到记数起点O之间的距离)读数时读到毫米的下一位技能优化【典型例题1】(多选)关于打点计时器，下列说法中正确的是() A电磁打点计时器使用低压直流电源 B电火花计时器使用墨粉纸盘 C两种打点计时器的工作原理相同 D在我国，两种打点计时器都是每隔0.02 s打一次点【典型例题2】某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50 Hz.纸带穿过打点计时器连接在物块上启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动打点计时器打出的纸带如图(b)所示(图中相邻两点间有4个点未画出)(a)(b)根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动回答下列问题：(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为_m/s.在打出D点时，物块的速度大小为_m/s.(保留两位有效数字)(2)物块的加速度大小为_m/s2.(保留两位有效数字)一个小球沿斜面向下运动，用每隔 s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为 s，测得小球在几个连续相等时间内位移数据见表x1(cm)x2(cm)x3(cm)x4(cm)8.209.3010.4011.50(1)小球在相邻的相等时间内的位移差_(选填“相等”或“不相等”)，小球的运动性质属_直线运动(2)甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：甲同学：a1，a2，a3，a.乙同学：a1，a2，a.你认为甲、乙两位同学的计算方法较好的是_，加速度大小为_(计算结果保留3位有效数字)当堂检测1如图是某同学用打点计时器研究小车做匀变速直线运动时打出的一条纸带，A、B、C、D、E为该同学在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s由图可知，打点计时器打下D点时小车的瞬时速度为_m/s，小车的加速度为_m/s2(结果均保留两位有效数字)第1题图2在某次实验中，图1所示为一次记录小车运动情况的纸带，其中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T0.1 s.第2题图(1)根据_，可判定小车做_运动(2)计算各点瞬时速度，vB_m/s，vC_m/s，vD_m/s.(3)以打A点为计时起点，在图2所示坐标中作出小车的vt图线，并根据图线求出a_.(4)图线与纵轴交点的物理意义是_3在暗室中用如图所示的装置做“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、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪具体实验步骤如下：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频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度采集数据进行处理(1)实验中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30 Hz，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴的距离如图所示，根据数据测得当地重力加速度g_m/s2；第8个水滴此时的速度v8_m/s(结果都保留三位有效数字)第3题图(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：_.第4讲实验一：速度随时间变化的规律实验储备二、(1)任意两个连续相等的时间内的位移差相等该段时间内中间时刻的瞬时速度三、低压交流电源一端附有滑轮的长木板技能优化典型例题1BD【解析】电磁打点计时器使用低压交流电源，电火花计时器使用220 V交流电；电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器使用墨粉纸盘；电磁打点计时器的工作原理是当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动电火花计时器的工作原理是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹；我国使用的交流电的频率是50 Hz，所以两种打点计时器都是每隔0.02 s打一次点典型例题2(1)0.560.96(2)2.0【解析】(1)根据匀变速直线运动的中间时刻的速度等于该过程的平均速度，可知vB102 m/s0.56 m/s，vD102 m/s0.96 m/s.(2)由逐差法可得加速度a102 m/s22.0 m/s2 变式训练(1)相等匀加速(2)乙同学110 m/s2【解析】正确解答本题需要掌握：在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数；熟练应用逐差法求物体的加速度从图中数据可以看出，连续相等时间内的位移差为1.1 cm，是常数，因此由匀变速运动规律可小球做匀变速直线运动；根据逐差法求加速度的原理可知，乙同学的方法偶然误差小些，因此更准确，代入数据可求出加速度为：1.10 m/s2.当堂检测1. 0.340.39【解析】相邻计数点间的时间间隔为0.1 s根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小有：vD m/s0.34 m/s，设A到B之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4，根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可以求出加速度的大小，得：x3x12a1T2、x4x22a2T2，为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值，得：代入数据得：a(a1a2)代入数据得：a m/s20.39 m/s2.2(1)纸带上相等时间间隔位移差为定值，计数点间距依次增大匀加速直线(2)1.382.643.90(3)如图所示126 m/s2(4)计数点A对应的速度【解析】(1)由题图1纸带可知，xBCxABxCDxBCxDExCD12.6 cm，由此可知，小车在相等时间间隔内的位移之差是一个定值，且小车在运动过程中，在相等时间内的位移变大，故小车做匀加速直线运动(2)计数点间的时间间隔T0.1 s，小车的瞬时速度vB1.38 m/s，vC2.64 m/s，vD390 m/s.(3)应用描点法作图，a12.6 m/s2.第2题图(4)vt图线延长与纵轴相交，交点表示计数点A对应的速度大小3(1)频闪仪频率等于水滴滴落的频率(2)9.722.28(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)【解析】(1)当频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时，才能看到空间有一串仿佛固定不动的水滴(