高三物理一轮复习 第1章 第4讲 实验一：研究匀变速直线运动课件.ppt

浙江专用物理 第4讲实验一 研究匀变速直线运动 实验目的1 练习使用打点计时器 学会用打上点的纸带研究物体的运动 2 掌握判断物体是否做匀变速运动的方法 3 利用打上点的纸带测定匀变速直线运动的加速度 实验原理1 打点计时器 1 作用 计时仪器 当电源频率为50hz时 每隔0 02s打一次点 2 工作条件 电磁打点计时器需4 6v交流电源 电火花打点计时器需220v交流电源 3 纸带上点的意义 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置 可以利用纸带上的点来确定计数点间的时间间隔 通过研究纸带上各点之间的间隔 可以判断物体的运动情况 2 利用纸带判断物体的运动是否为匀变速直线运动的方法如图所示 0 1 2 为时间间隔相等的各计数点 设x1 x2 x3 为相邻的两计数点间的距离 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 c 常量 即若两连续相等的时间间隔里的位移之差为恒量 则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动 3 速度 加速度的求解方法 1 平均速度法求速度vn 如图所示 2 由纸带求物体运动的加速度 逐差法 即根据x4 x1 x5 x2 x6 x3 3at2 t为相邻两计数点间的时间间隔 求出a1 a2 a3 再算出a1 a2 a3的平均值即为物体运动的加速度 图像法 即先根据vn 求出打各点时纸带的瞬时速度 后作出v t图像 图线的斜率即为物体运动的加速度 实验器材电磁打点计时器 或电火花打点计时器 一端附有滑轮的长木板 小车 纸带 细绳 钩码 刻度尺 导线 电源 复写纸 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 2 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过滑轮 下边挂上合适的钩码 把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 3 把小车停靠在打点计时器处 先接通电源 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 4 从三条纸带中选择一条比较理想的 舍掉开头一些比较密集的点 从后 边便于测量的点开始确定计数点 为了计算方便和减小误差 通常用连续打点五次的时间段作为时间单位 即t 0 1s 如图 正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离 并填入设计的表格中 5 利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度 求得各计数点的瞬时速度 6 增减所挂的钩码数 再做两次实验 7 由实验数据得出v t图像 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v t图线 它是一条倾斜的直线 8 由实验得出的v t图像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 直接分析图线的特点得出 小车运动的v t图线是一条倾斜的直线 如图 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 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 通过函数关系进一步得到 既然小车的v t图线是一条倾斜的直线 那么v随t变化的函数关系为v kt b 显然v与t成 线性关系 小车的速度随时间均匀变化 2 纸带上计数点间距测量以及作v t图像引起偶然误差 注意事项1 平行 纸带 细绳要和长木板平行 2 靠近 释放小车前 应使小车停在靠近打点计时器的位置 3 一先一后 实验时应先接通电源 后释放小车 实验后先断开电源 后取下纸带 4 防止碰撞 在到达长木板末端前应让小车停止运动 防止钩码落地 小车与滑轮碰撞 误差分析1 小车运动过程中摩擦不均匀 打点不稳定引起系统误差 6 纸带选取 选择一条点迹清晰的纸带 舍弃点密集部分 适当选取计数点 7 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 5 减小误差 小车另一端挂的钩码个数要适当 避免速度过大而使纸带上打的点太少 或者速度太小 使纸带上打的点过于密集 1 关于 测定匀变速直线运动的加速度 实验的操作 下列说法中错误的是 a 长木板不能侧向倾斜 也不能一端高一端低b 在释放小车前 小车应尽量靠近打点计时器c 应先接通电源 待打点计时器开始打点后再释放小车d 要在小车到达定滑轮前使小车停止运动答案a长木板不能侧向倾斜 但一端高一端低是可以的 a错 在释放小车前 小车应尽量靠近打点计时器 b对 先通电 再放小车 c对 为保护小 车 要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 d对 所以选a 2 在研究匀变速直线运动的实验中 算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表 为了计算加速度 合理的方法是 a 根据任意两计数点的速度用公式a v t算出加速度b 根据实验数据画出v t图 量出其倾角 由公式a tan 求出加速度c 根据实验数据画出v t图 由图线上相距较远的两点所对应的速度 时间 用a v t算出加速度d 依次算出通过连续两计数点间的加速度 算出平均值即为小车的加速度 答案c方法a偶然误差较大 由于标度不一样 tan 不一定表示加速度 方法b不合理 方法d实际上也仅由始末两个速度决定 偶然误差也比较大 方法c是合理的 3 有若干完全相同的小滑块 可视为质点 每隔0 1s将它们其中的一个轻放在倾角为37 的斜面上 让这些小滑块均沿斜面从最高处匀加速下滑 连续放下若干个后 某时刻拍下最前面的四个小滑块的照片如图所示 经测量得 bc 20cm cd 18cm g取10m s2 则滑块运动的加速度为 a 1m s2b 2m s2c 6m s2d 8m s2 答案b因为每隔0 1s释放完全相同的小滑块 匀加速运动的加速度相同 相邻小滑块的时间间隔相等 由公式 x at2 得加速度a m s2 2m s2 选b 4 在 利用打点计时器测定匀加速直线运动的加速度 实验中 某同学在打出的纸带上每五个点取一个计数点 共取了a b c d e f六个点 每相邻两个计数点间的四个点未画出 如图甲所示 打点计时器每隔0 02s打一次点 从每一个计数点处剪开分成五段 分别叫a b c d e段 将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xoy坐标系中 如图乙所示 由此可以得到一条表示v t关系的图线 从而求出加速度 1 若在xoy坐标系中用最简捷的方法作出能表示v t关系的图线 请你指出哪个轴相当于v轴 2 从第一个计数点开始计时 要想求出0 15s时刻的瞬时速度 需要测出哪一段纸带的长度 3 若测得a段纸带的长度为2 0cm e段纸带的长度为10 0cm 则加速度为m s2 答案 1 y轴 2 b段 3 2解析 1 做匀加速直线运动的物体某段时间的中间时刻速度等于这段时间的平均速度 则y轴相当于v轴 2 0 15s处于bc段的中间时刻 则需求出b段纸带的长度 3 由s5 s1 4at2可求出加速度为2m s2 5 某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动 他将打点计时器接到频率为50hz的交流电源上 实验时得到一条纸带 他在纸带上便于测量的地方选取第1个计数点 在这个点下标明a 第6个点下标明b 第11个点下标明c 第16个点下标明d 第21个点下标明e 则 1 打下a c两个计数点的时间间隔是s 2 测量时发现b点已模糊不清 于是他测得ac长为14 50cm cd长为11 00cm de长为13 50cm 则打下c点时小车的瞬时速度大小为m s 小 车运动的加速度大小为m s2 保留三位有效数字 答案 1 0 2 2 0 9752 50解析 1 打点计时器打点周期为t0 0 02s 打下a c两点的时间间隔为t 10t0 0 2s 2 打相邻两计数点的时间间隔为t 0 1s 则vc 0 975m s 小车的加速度大小为a 2 50m s2 典例1如图所示 用毫米刻度尺测量纸带中的计数点0 1之间的距离为mm 0 2之间的距离为mm 2 3之间的距离为mm 解析毫米刻度尺的最小刻度为1mm 读数时要估读到毫米的下一位 计数点0 1之间的距离为8 9mm 9 0mm也可 若读成8 90mm或9mm都是错误的 0 2之间的距离为19 8mm 2 3之间的距离为12 2mm 答案8 9 9 0也可 19 812 2 典例2某同学利用图甲所示的实验装置 探究物块在水平桌面上的运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落地后 物块再运动一段距离停在桌面上 尚未到达滑轮处 从纸带上便于测量的点开始 每5个点取1个计数点 相邻计数点间的距离如图乙所示 打点计时器电源的频率为50hz 甲 通过分析纸带数据 可判断物块在两相邻计数点和之间某时刻开始减速 计数点5对应的速度大小为m s 计数点6对应的速度大小为m s 保留三位有效数字 物块减速运动过程中加速度的大小为a m s2 乙 计数点间的位移比5 6之间增加了 12 28 11 01 cm 1 27cm 2 00cm 因此 开始减速的时刻在计数点6和7之间 计数点5对应的速度大小为v5 m s 1 00m s 计数点4对应的速度大小为v4 m s 0 801m s 根据v5 得计数点6对应的速度大小为v6 2v5 v4 2 1 00 0 801 m s 1 20m s 物块在计数点7到11之间做减速运动 根据 x at2得 解析 从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差 x 2 00cm 在6 7 x9 x7 2a1t2x10 x8 2a2t2故a 2 00m s2 答案 67 1 001 20 2 00 典例3用图甲所示的装置研究小车沿斜面的不同材料表面上运动的情况 图乙是某同学在实验中获得的一条纸带 打点计时器的电源频率为50hz 的数据可以判断 小车在a e间 板面 做运动 在f n之间 布面 做运动 m点对应的小车速度为m s 结果保留2位有效数字 2 若已知斜面的倾斜角为 小车的质量为m 在布面上运动时加速度的大小为a 重力加速度为g 则小车在布面上所受的阻力大小为 与真实值相比 测量的布面阻力 填 偏大 或 偏小 1 图乙中a到n各点是打点计时器在纸带上连续打下的点 根据刻度尺上 以及打点计时器对纸带的阻