高考物理大一轮复习 第一章 第4讲 实验一 研究匀变速直线运动课件.ppt

实验目的 用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律 实验原理 一 打点计时器1 作用 计时仪器 每隔0 02s打一次点 2 工作条件 1 电磁打点计时器 4 6v的交流电源 2 电火花计时器 220v的交流电源 3 纸带上各点的意义 1 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置 2 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 二 利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 1 沿直线运动的物体在连续相等时间的不同时刻的速度分别为v1 v2 v3 v4 若v2 v1 v3 v2 v4 v3 则说明物体在相等时间内速度的增量相等 由此说明物体在做匀变速直线运动 即a 2 沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1 x2 x3 x4 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 则说明物体在做匀变速直线运动 且 x at2 1 平均速度法 求速度vn 如图所示 三 速度 加速度的求解方法 2 逐差法 求加速度a1 a2 a3 然后取平均值 这样使所给数据全部得到利用 以提高准确性 3 图象法 求加速度由 平均速度法 求出多个点的速度 画出v t图线 图线的斜率即为加速度 实验器材 打点计时器 纸带 一端附有定滑轮的长木板 小车 细绳 钩码 刻度尺 电源 实验步骤 1 把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上 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 并在绳的另一端挂上合适的钩码 把纸带穿过打点计时器 并把纸带的一端固定在小车的后面 如图所示 放手后 看小车能否在木板上平稳地加速滑行 3 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 取下纸带 换上新纸带 重复实验三次 4 从三条纸带中选择一条比较理想的纸带 舍掉开始一些比较密集的点 在后面便于测量的地方找一个开始点 以后依次每五个点取一个计数点 确定好计数始点 并标明0 1 2 3 4 测量各计数点到0点的距离x 并记录填入表中 5 计算出相邻的计数点之间的距离 x1 x2 x3 6 利用一段时间内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1 2 3 4 5的瞬时速度 填入上面的表格中 7 增减所挂钩码数 再做两次实验 数据处理及实验结论 1 由实验数据得出v t图象 根据表格中的v t数据 在平面直角坐标系中仔细描点 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图象 它是一条倾斜的直线如图所示 2 由实验得出的v t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 小车运动的v t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 既然小车的v t图象是一条倾斜的直线 那么v随t变化的函数关系式为v kt b 所以小车的速度随时间均匀变化 注意事项 1 交流电源的电压及频率要符合要求 2 实验前要检查打点计时器打点的稳定性和清晰程度 必要时要调节振针的高度和更换复写纸 3 开始释放小车时 应使小车靠近打点计时器 4 先接通电源 计时器工作后 再放开小车 当小车停止运动时及时断开电源 5 要防止钩码落地和小车跟定滑轮相撞 当小车到达定滑轮前及时用手按住它 6 牵引小车的钩码个数要适当 以免加速度过大而使纸带上的点太少 或者加速度太小 而使各段位移无多大差别 从而使误差增大 加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜 7 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每隔四个点取一个计数点 即时间间隔为t 0 02 5s 0 1s 8 要多测几组数据 尽量减小误差 9 描点时最好用坐标纸 在纵 横坐标轴上选取合适的单位 用细铅笔认真描点 误差分析 1 根据纸带测量的位移有误差 2 电源频率不稳定 造成相邻两点的时间间隔不完全相等 3 纸带运动时打点不稳定引起测量误差 4 用作图法 作出的v t图象并不是一条直线 5 木板的粗糙程度并非完全相同 这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度 1 多选 在 研究匀变速直线运动 的实验中 下列方法有助于减小实验误差的是 a 选取计数点 从比较清晰的点起 把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位b 使小车运动的加速度尽量小些c 舍去纸带上开始处密集的点 只利用点迹清晰 点间隔适当的那一部分进行测量 计算d 适当增加挂在细绳下钩码的个数 答案acd选取计数点的优点有两个 一可以减小测量误差 二使计时间隔变为0 1s 方便计算 因此a项正确 在实验中 如果小车运动的加速度过小 打出的点很密 长度测量的相对误差较大 测量精确性降低 因此小车的加速度应适当大些 而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数 以增大拉力 故b错 d对 为了减小长度测量的误差 舍去纸带上开始处过于密集 甚至分辨不清的点 因此c项正确 2 在 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 某同学的操作步骤如下 其中错误或遗漏的步骤有 遗漏可编上序号g h a 拉住纸带 将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带 再接通电源b 将打点计时器固定在平板上 并接好电源c 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过定滑轮 下面吊着适当重的钩码d 取下纸带e 将平板一端抬高 轻推小车 使小车能在平板上做加速运动f 将纸带固定在小车尾部 并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善并按合理顺序填写在横线上 答案见解析解析a中应先接通电源再放开纸带 d中先断开电源 使打点计时器停止工作 再取下纸带 遗漏g 换上新纸带重复实验三次 正确合理顺序为bfecadg 3 如图所示 为某同学在做 研究匀变速直线运动 的实验中由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带 纸带上两相邻计数点的时间间隔为t 0 10s 其中x1 7 05cm x2 7 68cm x3 8 33cm x4 8 95cm x5 9 61cm x6 10 26cm 则a点处瞬时速度的大小是m s 小车运动的加速度计算表达式为 加速度的大小是m s2 计算结果保留两位有效数字 解析由做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知va 0 86m s 由于x4 x1 3a1t2 x5 x2 3a2t2 x6 x3 3a3t2 故a 代入数据得a 0 64m s2 答案0 86a 0 64 4 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 如图所示 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的位移 数据见表 则 1 小球在相邻的相等时间内的位移差 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方法如下 甲同学 a1 a2 a3 a 乙同学 a1 a2 a 你认为甲 乙中哪位同学的计算方法较准确 加速度值为 答案 1 相等匀加速 匀变速 2 乙同学1 10m s2解析 1 由表中数据可知 x4 x3 x3 x2 x2 x1 1 10cm 故小球做匀加速直线 运动 2 乙同学采用逐差法求加速度 较准确 加速度值为a 1 10m s2 答案 1 相等匀加速 匀变速 2 乙同学1 10m s2解析 1 由表中数据可知 x4 x3 x3 x2 x2 x1 1 10cm 故小球做匀加速直线 典例1某同学用如图甲所示装置测量重力加速度g 所用交流电频率为50hz 在所选纸带上取某点为0号计数点 然后每隔4个计时点取一个计数点 所有测量数据及其标记符号如图乙所示 一 实验原理和实验误差的分析 甲 乙 该同学用两种方法处理数据 t为相邻两计数点的时间间隔 方法a 由g1 g2 g5 取平均值 8 667m s2 方法b 由g1 g2 g3 取平均值 8 673m s2 从数据处理方法看 在x1 x2 x3 x4 x5 x6中 对实验结果起作用的 方法a中有 方法b中有 因此 选择方法 选 填 a 或 b 更合理 这样可以减少实验的 选填 系统 或 偶然 误差 本实验误差的主要来源有 试举出两条 解析方法a的实质 5 方法b的实质 3 故方法a中2个数据起作用 方法b中6个数据起作用 答案x1 x6或37 5mm 193 5mmx1 x2 x3 x4 x5 x6或37 5mm 69 0mm 100 5mm 131 5mm 163 0mm 193 5mmb偶然阻力 空气阻力 振针的阻力 限位孔的阻力 复写纸的阻力等 交流电频率波动 长度测量 数据处理方法等 二 实验数据的处理典例2某同学在研究小车的运动实验中 获得一条点迹清楚的纸带 如图所示 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 该同学选择了a b c d e f六个计数点 测量数据如图中所示 单位是cm 1 小车做什么运动 2 试计算瞬时速度vb vc vd ve各多大 3 计算小车的加速度多大 解析 1 因为相邻相等时间内的位移差 x bc ab cd bc de cd ef de 常数 所以小车做匀加速运动 2 由图可知 相邻计数点的时间间隔t 2 0 02s 0 04s由求瞬时速度的方法可得 vb m s 0 415m s vc m s 0 495m s vd m s 0 575m s ve m s 0 655m s 3 画v t图象 如图所示 描点 拟合得到直线 由图象可得a 2 0m s2 答案 1 匀加速运动 2 0 415m s0 495m s0 575m s0 655m s 3 2 0m s2 三 实验的改进与创新典例3利用图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度 一斜面上安装有两个光电门 其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处 光电门甲的位置可移动 当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时 与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t 改变光电门甲的位置进行多次测量 每次都使滑块从同一点由静止开始下滑 并用米尺测量甲 乙之间的距离s 记下相应的t值 所得数据如表所示 完成下列填空和作图 1 若滑块所受摩擦力为一常量 滑块加速度的大小a 滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt 测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是