实验一研究匀变速直线运动.pptx

考纲解读 考点一 考点二 考点三 基本实验要求 规律方法总结 1 练习正确使用打点计时器 2 会计算纸带上各点的瞬时速度 3 会利用纸带计算加速度 4 会用图象法探究小车速度与时间的关系 并能根据图象求加速度 1 实验器材电火花计时器 或电磁打点计时器 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 复写纸片 2 实验步骤 1 按照实验原理图所示实验装置 把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端 接好电源 2 把一细绳系在小车上 细绳绕过滑轮 下端挂合适的钩码 纸带穿过打点计时器 固定在小车后面 3 把小车停靠在打点计时器处 接通电源 放开小车 4 小车运动一段时间后 断开电源 取下纸带 5 换纸带反复做三次 选择一条比较理想的纸带进行测量分析 3 注意事项 1 平行 纸带 细绳要和长木板平行 2 两先两后 实验中应先接通电源 后让小车运动 实验完毕应先断开电源 后取纸带 3 防止碰撞 在到达长木板末端前应让小车停止运动 防止钩码落地和小车与滑轮相撞 4 减小误差 小车的加速度宜适当大些 可以减小长度的测量误差 加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6 7个计数点为宜 1 数据处理 1 目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度 确定物体的运动性质等 2 处理的方法 分析物体的运动性质 测量相邻计数点间的距离 计算相邻计数点距离之差 看其是否为常数 从而确定物体的运动性质 利用逐差法求解平均加速度a1 4 13 2 a2 5 23 2 a3 6 33 2 a 1 2 33 利用平均速度求瞬时速度 vn 12 1 12 利用速度 时间图象求加速度a 作出速度 时间图象 通过图象的斜率求解物体的加速度 b 剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度 2 依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 1 x1 x2 x3 xn是相邻两计数点间的距离 2 x是两个连续相等的时间里的位移差 x1 x2 x1 x2 x3 x2 3 T是相邻两计数点间的时间间隔 T 0 02n 打点计时器的频率为50Hz n为两计数点间计时点的间隔数 4 x aT2 因为T是恒量 做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量 所以 x必然是个恒量 这表明 只要小车做匀变速直线运动 它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等 例1 在做 研究匀变速直线运动 的实验时 为了能够较准确地测出加速度 将你认为正确的选项前面的字母填在横线上 A 把附有滑轮的长木板放在实验桌上 并使滑轮伸出桌面B 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C 再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 每次必须由静止释放小车D 把纸带穿过打点计时器 并把它的一端固定在小车的后面 E 把小车停在靠近打点计时器处 接通直流电源后 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F 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起始点 并把每打五个点的时间作为时间单位 在选好的起始点下面记作0 往后第六个点作为计数点1 依次标出计数点2 3 4 5 6 并测算出相邻两计数点间的距离G 根据公式a1 4 13 2 a2 5 23 2 a3 6 33 2及a 1 2 33求出a 变式题组 1 2013 广东 34 1 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示 其中斜面倾角 可调 打点计时器的工作频率为50Hz 纸带上计数点的间距如图乙所示 其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出 变式题组 部分实验步骤如下 A 测量完毕 关闭电源 取出纸带 B 接通电源 待打点计时器工作稳定后放开小车 C 将小车停靠在打点计时器附近 小车尾部与纸带相连 D 把打点计时器固定在平板上 让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是 用字母填写 DCBA 打点计时器的工作频率为50Hz 纸带上计数点的间距如图乙所示 其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出 图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T s 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5 为了充分利用记录数据 减小误差 小车加速度大小的计算式应为a 解析 T 5 0 02s 0 10s 5是4 6的中间时刻v5 4 52 充分利用记录数据 采用逐差法 4 5 6 1 2 3 9 2 2 某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动 实验步骤如下 A 安装好实验器材 B 让小车拖着纸带运动 打点计时器在纸带上打下一系列小点 重复几次 选出一条点迹比较清晰的纸带 从便于测量的点开始 每五个点取一个计数点 如图乙中a b c d等点 C 测出x1 x2 x3 结合上述实验步骤 请你继续完成下列问题 1 实验中 除打点计时器 含纸带 复写纸 小车 一端附有滑轮的长木板 细绳 钩码 导线及开关外 在下列的仪器和器材中 必须使用的有 填选项代号 A 电压合适的50Hz交流电源B 电压可调的直流电源C 秒表D 刻度尺E 天平F 重锤G 弹簧测力计H 滑动变阻器 AD 2 如果小车做匀加速直线运动 所得纸带如图乙所示 则x1 x2 x3的关系是 已知打点计时器打点的时间间隔是t 则打c点时小车的速度大小是 解析 2 因小车做匀加速直线运动 所以x3 x2 x2 x1 即2x2 x1 x3 c点是bd段的时间中点 则c点的瞬时速度等于该段的平均速度 vc 2 310 bd之间10个时间间隔 例2 2012 山东理综 21 某同学利用如图所示的实验装置 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所示 打点计时器电源的频率为50Hz 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 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 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计数点间的位移比5 6计数点间的位移增加了 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 m s 计数点6对应的速度大小为 m s 保留三位有效数字 解析 计数点5对应的速度大小为v5 4 52 9 00 11 01 10 22 0 1m s 1 00m s 计数点4对应的速度大小为v4 3 42 7 01 9 00 10 22 0 1m s 0 80m s 根据v5 v4 v62 得计数点6对应的速度大小为 v6 2v5 v4 2 1 00 0 80 m s 1 20m s 物块减速运动过程中加速度的大小为a m s2 解析 物块在计数点7到11之间做减速运动 根据 x aT2得x9 x7 2a1T2x10 x8 2a2T2故a 1 22 9 10 8 7 2 2 2 2 00m s2 变式题组 3 2014 全国大纲 22 现用频闪照相方法来研究物块的变速运动 在一小物块沿斜面向下运动的过程中 用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图5所示 拍摄时频闪频率是10Hz 通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1 x2 x3 x4 已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s 数据如下表所示 重力加速度大小g 9 80m s2 根据表中数据 完成下列填空 1 物块的加速度a m s2 保留3位有效数字 单位 cm 解析 1 根据 逐差法 可得物块的加速度为a 4 3 2 1 4 2 23 65 19 34 15 05 10 76 10 24 0 1 2m s2 4 30m s2 2 因为 可知斜面是粗糙的 单位 cm 2 假设斜面光滑 对物块受力分析可得物块下滑的加速度a gsin g 9 80 48 00 10 280 00 10 2m s2 5 88m s2 根据a a 可知斜面是粗糙的 4 实验中 如图所示为一次记录小车运动情况的纸带 图中A B C D E为相邻的计数点 相邻计数点间的时间间隔T 0 1s 1 根据纸带可判定小车做 运动 2 根据纸带计算各点瞬时速度 vD m s vC m s vB m s 在如图所示坐标中作出小车的v t图线 并根据图线求出a 3 将图线延长与纵轴相交 交点的速度的物理意义是 1 根据纸带可判定小车做 运动 解析 1 根据纸带提供的数据可知xBC xAB xCD xBC xDE xCD 12 60cm 故小车做匀加速直线运动 2 根据纸带计算各点瞬时速度 vD m s vC m s vB m s 在如图所示坐标中作出小车的v t图线 并根据图线求出a 2 根据v 2 v可知vD 105 6 27 6 10 20 2 3 90m svC 60 30 7 50 10 20 2 2 64m svB 27 60 10 20 2 1 38m s 根据图线斜率知a 12 60m s2 3 将图线延长与纵轴相交 交点的速度的物理意义是 3 物理意义是零时刻小车经过A点的速度 例3 某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度 实验过程如下 在斜面上铺上白纸 用图钉固定 把滴水计时器固定在小车的末端 在小车上固定一平衡物 调节滴水计时器的滴水速度 使其每0 2s滴一滴 以滴水计时器内盛满水为准 在斜面顶端放置一浅盘 把小车放在斜面顶端 把调好的滴水计时器盛满水 使水滴能滴入浅盘内 随即在撤去浅盘的同时放开小车 于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹 小车到达斜面底端时立即将小车移开 图乙为实验得到的一条纸带 用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01 1 40cm x12 2 15cm x23 2 91cm x34 3 65cm x45 4 41cm x56 5 15cm 试问 每0 2s滴一滴 图乙为实验得到的一条纸带 用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01 1 40cm x12 2 15cm x23 2 91cm x34 3 65cm x45 4 41cm x56 5 15cm 试问 1 滴水计时器的原理与课本上介绍的 原理类似 2 由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4 m s 小车的加速度a m s2 结果均保留两位有效数字 打点计时器 解析 2 v4 v 34 452 3 65 4 41 10 22 0 2m s 0 20m s 求加速度利用逐差法 x56 x45 x34 x23 x12 x01 9aT2 解得a 0 19m s2 0 20 0 19 变式题组 5 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图甲所示 a b分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体从a b间通过时 光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来 现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数 图中MN是水平桌面 Q是长木板与桌面的接触点 1和2是固定在长木板适当位置的两个光电门 与之连接的两个光电计时器没有画出 长木板顶端P点悬有一铅锤 实验时 让滑块从长木板的顶端滑下 光电门1 2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1 0 10 2s和4 0 10 3s 用精度为0 05mm的游标卡尺测量滑块的宽度d 其示数如图丙所示 1 滑块的宽度d cm 2 滑块通过光电门1时的速度v1 m s 滑块通过光电门2时的速度v2 m s 结果保留两位有效数字 解析 1 d 10mm 0 05mm 2 10 10mm 1 010cm 2 v1 1 1 010 10 21 0 10 2m s 1 0m sv2 2 1 010 10 24 0 10 3m s 2 5m s 1 010 1 0 2 5 3 由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值 它们实质上是通过光电门1和2时的 要使瞬时速度的测量值更接近于真实值 可将 的宽度减小一些 解析 3 v1 v2实质上是通过光电门1和2时的平均速度 要使瞬时速度的测量值更接近于真实值 可将滑块的宽度减小一些 平均速度 滑块 6 甲某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况 图1所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点 后面计数点未画出 相邻计数点间有4个点迹未画出 打点计时器每隔0 02s打出一个点 图甲 图乙 1 为研究小车的运动 该同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB BD DF 等各段纸带剪下 将剪下的纸带一端对齐 按顺序贴好 如图2所示 简要说明怎样判断此小车是否做匀加速直线运动 解析 1 若各段纸带上方的左上角 中点或各段纸带的中点连接后为一条直线 或每条纸带比前一条纸带长度增加量