高考物理复习 研究匀变速直线运动课件.ppt

2020 2 27 2013届高考物理复习课件 2020 2 27 第5讲运动图象追及与相遇问题 运动的描述和匀变速直线运动 第一章 2020 2 27 1 研究匀变速直线运动实验的重点是对纸带记录的信息进行分析和数据处理 这是高考实验命题的热点之一 通过对本讲的复习 要使学生掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法 会用逐差法计算物体运动的加速度 会用平均速度法计算物体在任一计数点的瞬时速度 会用图象法求解加速度 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1及变式题强化对实验仪器和实验方法的熟练使用和掌握 加深对实验原理的理解 2020 2 27 2 通过例2及变式题熟练掌握数据处理的方法 了解误差的各种形成因素和减小误差的一般方法 3 通过例3及变式题了解与本实验相关的实验拓展与创新 2020 2 27 知识点一实验目的1 练习电磁打点计时器 或电火花计时器 的使用 会用打点的纸带研究物体的运动情况 2 测量匀变速直线运动的瞬时速度和加速度 2020 2 27 知识点二实验原理1 电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源的计时仪器 电磁打点计时器的工作电压是 v以下 电火花计时器的工作电压是220v 当电源频率是50hz时 它每隔 s打一次点 在小车运动过程中 使用电火花计时器时纸带受到的摩擦力比使用电磁打点计时器时小一些 2 利用纸带判断物体运动状态的方法 1 设纸带上连续相等时间t内的位移分别为x1 x2 x3 x4 xn 1 xn xn 1 如果纸带上相邻两点间的位移差 x xn 1 xn为零 则说明物体做 运动 2 若 x xn 1 xn为非零常数 则说明物体做 运动 6 0 02 匀速直线 匀变速直线 2020 2 27 3 利用纸带求瞬时速度的方法 如图5 1所示 b点的瞬时速度等ac段的平均速度 vb 图5 14 利用纸带求加速度的方法 用任意两段相邻计数点间的位移差求加速度 a 2020 2 27 知识点三实验器材电火花计时器 或电磁打点计时器 交流电源 导线 一端附有定滑轮的长木板 小车 细绳 钩码 或重锤 刻度尺 复写纸片 知识点四实验步骤1 安装实验装置 如图5 2所示 图5 2 纸带 2020 2 27 2 先接通电源 然后释放小车 重复打纸带3条 3 挑选纸带 确定计数点 测相邻计数点之间的距离 4 用 x at2确定物体的运动是匀速直线运动还是匀变速直线运动 5 用瞬时速度与平均速度的关系求瞬时速度 用公式 x at2或v t图象求加速度 2020 2 27 探究考向一实验原理和实验操作1 由纸带求物体运动加速度的方法 1 由 x x2 x1 x3 x2 at2 t为相邻两计数点间的时间间隔 求出a 然后求平均值 图5 3 2020 2 27 2020 2 27 2020 2 27 2 实验前要检查打点的稳定性和清晰程度 打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点 如果打出的是短横线或打出的点不清晰 可能是交流电源电压或振针位置不合适 应分别调低或调高电压 必要时调整振针与复写纸间的距离 或更换复写纸片 3 计时器打点时 应先接通电源 待打点稳定后 再用钩码拉动纸带运动 当小车停止运动时要及时断开电源 4 释放小车前 小车应停在木板上靠近打点计时器所在的位置 2020 2 27 5 牵引小车的钩码数要适当 小车的加速度过大或过小将导致纸带上的点过少或各段位移差别过小 从而产生较大的测量误差 加速度的大小以能在约50cm的纸带上清晰地选取七八个计数点为宜 6 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每五个点取一个计数点 即时间间隔为t 0 02 5s 0 1s 2020 2 27 例1 2010 重庆卷 某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度 电源频率f 50hz 在纸带上打出的点中 选出零点 每隔4个点取1个计数点 因保存不当 纸带被污染 如图5 5所示 a b c d是依次排列的4个计数点 仅能读出其中3个计数点到零点的距离 xa 16 6mm xb 126 5mm xd 624 5mm 图5 5 2020 2 27 若无法再做实验 可由以上信息推知 1 相邻两计数点的时间间隔为 s 2 打c点时物体的速度大小为 m s 取2位有效数字 3 物体的加速度大小为 用xa xb xd和f表示 2020 2 27 2020 2 27 点评 本题考查利用实验数据对以下问题的处理方法 1 相邻计数点间时间间隔的确定 2 某计数点对应的瞬时速度的计算 3 选用适当的方法求解加速度 如逐差法 图象法等 下面的变式题考查的是应用图象法求解加速度 2020 2 27 变式题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 图5 6 2020 2 27 2020 2 27 答案 2020 2 27 探究考向二纸带数据处理和误差分析1 关于数据处理 1 纸带的取点处理原则如图5 7所示 从打下的纸带中选取点迹清晰的纸带 舍掉开始比较密集的点迹 从便于测量的位置取一个开始点a 然后每5个点 或者说每隔4个点 取一个计数点 分别记为b c d e f 这样每两个计数点之间的时间间隔为t 0 1s 计算比较方便 图5 7 2020 2 27 2020 2 27 2 位移的测量引起误差如果各计数点间的位移较小或相邻计数点之间的位移之差较小 位移测量的相对误差就会较大 从而导致速度和加速度的测量误差较大 3 计算方法的选用在上面 探究考向一 中涉及的求加速度的三种方法中 用 x at2直接求加速度的方法简单 但误差较大 适用于测量数据准确或计数间隔较少的情况 逐差法求加速度结果准确 误差较小 但需测得的计数间隔为偶数 图象法求加速度科学性强 误差小 适用于所测数据的计数间隔较多的情况 2020 2 27 例2 2011 广东卷 图5 8是 研究匀变速直线运动 实验中获得的一条纸带 o a b c d和e为纸带上六个计数点 加速度大小用a表示 图5 8 1 od间的距离为 cm 2020 2 27 2 图5 9是根据实验数据绘出的x t2图线 x为各计数点至同一起点的距离 斜率表示 其大小为 m s2 保留三位有效数字 图5 9 2020 2 27 答案 1 1 20 2 加速度的二分之一0 462 2020 2 27 2020 2 27 变式题 2010 全国 卷 利用如图5 10所示的装置可以研究自由落体运动 实验中需要调整好仪器 接通打点计时器的电源 松开纸带 使重物下落 打点计时器会在纸带上打出一系列的小点 1 为了测得重物下落的加速度 还需要的实验器材有 填入正确选项前的字母 a 天平b 秒表c 米尺 2 若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值 而实验操作与数据处理均无错误 写出一个你认为可能引起此误差的原因 2020 2 27 图5 10 2020 2 27 答案 1 c 2 打点计时器与纸带间存在摩擦 或重物受空气阻力作用 其他答案合理即可 解析 1 时间由打点计时器测定 自由落体运动的加速度与质量无关 不需要天平测质量 只需用米尺测量位移即可 故选c 2 打点计时器与纸带间存在摩擦或重物受空气阻力作用 可能引起实验误差 2020 2 27 探究考向三同类实验的拓展与创新研究匀变速直线运动 除了用打点计时器打出的纸带进行数据分析 还可以通过频闪照相法 滴水法 光电门等其他方法进行数据分析 2020 2 27 例3利用如图5 11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x 记下相应的t值 所得数据如下表所示 图5 11 2020 2 27 2020 2 27 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v1 测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是 2 根据表中给出的数据 在图5 12给出的坐标纸上画出 t图线 图5 12 2020 2 27 3 由所画出的 t图线 得出滑块加速度的大小为a m s2 保留2位有效数字 2020 2 27 2020 2 27 点评 近几年高考 光电门频繁出现在力学实验中 命题形式多样 有的直接通过光电门显示速度 有的显示物体通过光电门的时间 然后用短时间内平均速度表示瞬时速度 本题则属于后者 2020 2 27 变式题如图5 13所示 将打点计时器固定在铁架台上 使重物带动纸带从静止开始自由下落 利用此装置可以测定重力加速度 图5 13 2020 2 27 1 所需器材有打点计时器 带导线 纸带 复写纸 带铁夹的铁架台和带夹子的重物 此外还需 中的器材 填字母代号 a 直流电源 天平及砝码b 直流电源 毫米刻度尺c 交流电源 天平及砝码d 交流电源 毫米刻度尺 2 通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据 提高实验的准确程度 为使图线的斜率等于重力加速度 除作v t图象外 还可作 图象 其纵轴表示的是 横轴表示的是 2020 2 27 答案 1 d 2 速度平方的二分之一重物下落的高度 解析 1 打点计时器需接交流电源 重力加速度与物体的质量无关 所以不需要天平和砝码 计算速度需要测量相邻计数点间的距离 需要刻度尺 选d 2 由公式v2 2gh 如绘出图象 其斜率也等于重力加速度 2020 2 27 备选理由 本题侧重于基本实验步骤的考查 在 研究匀变速直线运动 的实验中 某同学的操作中有以下实验步骤 a 拉住纸带 将小车移至靠近打点计时器处 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