研究匀变速直线运动实验.ppt

实验一研究匀变速直线运动 本节目录 基础理论储备 知能优化演练 创新实验评析 经典例题展示 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v t图象 根据图象求加速度 2 判断物体是否做匀变速直线运动的方法设x1 x2 x3 x4 为纸带上相邻两个计数点之间的距离 假如 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 常数 即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量 则与纸带相连的物体做匀变速直线运动 3 求物体运动速度的方法如图1 4 1所示 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 导线 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 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 从几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 1 根据表格中的v t数据 在平面直角坐标系中仔细描点 如图可以看到 对于每次实验 描出几个点都大致落在一条直线上 2 做一条直线 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 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 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 6 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 使纸带上的点过于密集 7 选择一条理想的纸带 是指纸带上的点迹清晰 适当舍弃开头密集部分 适当选取计数点 弄清楚所选的时间间隔T 8 测x时不要分段测量 读数时要注意有效数字的要求 计算a时要注意用逐差法 以减小误差 拓展创新钩码带动小车做加速运动时 因受摩擦等各方面的影响 致使小车加速度不恒定 即小车不能真正做匀加速直线运动 因此 可用阻力小的气垫导轨替代长木板 用频闪照相或光电计时的办法替代打点计时器 可避免由于电源频率不稳定造成的相邻两点间的时间间隔不完全相等 从而提高实验的精确度 考点1逐差法处理实验数据 2012 高考山东卷 某同学利用如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 答案 1 67 或76 2 1 001 20 3 2 00偏大 考点2用v t图象处理实验数据 2011 高考新课标全国卷 利用如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 所得数据如下表所示 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 范例 某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系 设计实验装置如图所示 长直平板一端放在水平桌面上 另一端架在一物块上 在平板上标出A B两点 B点处放置一光电门 用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间 实验步骤如下 用测量的物理量完成下列各式 重力加速度为g 1 斜面倾角的余弦cos 2 滑块通过光电门时的速度v 3 滑块运动时的加速度a 4 滑块运动时所受到的摩擦阻力Ff 名师点评 高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材 即所谓情境新而知识旧 因此做实验题应注重迁移创新能力的培养 用教材中实验的原理 方法和技巧处理新问题 针对本题 匀变速直线运动规律以及牛顿第二定律 都是教材中的重点知识 只要熟练掌握 就不难解答本题 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放 第2章相互作用 2014高考导航 第1讲重力弹力摩擦力 本节目录 基础再现对点自测 知能演练轻巧夺冠 考点探究讲练互动 技法提炼思维升华 要点透析直击高考 知识清单 相互 形变 运动状态 二 重力1 产生 由于地球的吸引而使物体受到的力 2 大小 G mg 3 方向 总是 4 重心 因为物体各部分都受重力的作用 从效果上看 可以认为各部分受到的重力作用集中于一点 这一点叫做物体的重心 特别提示 1 重力的方向不一定指向地心 2 并不是只有重心处才受到重力的作用 竖直向下 三 弹力1 弹力 1 定义 发生弹性形变的物体由于要 对与它接触的物体产生力的作用 2 产生的条件 两物体 发生 3 方向 与物体形变方向 特别提示 产生弹力的两个物体一定接触 但两个接触的物体之间不一定产生弹力 恢复原状 相互接触 弹性形变 相反 2 胡克定律 1 内容 弹簧发生弹性形变时 弹簧的弹力的大小F跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 表达式 F kx k是弹簧的 单位为N m k的大小由弹簧 决定 x是弹簧长度的 不是弹簧形变以后的长度 四 摩擦力1 产生 相互接触且发生形变的粗糙物体间 有 或 时 在接触面上所受的阻碍 或 的力 正比 劲度系数 自身性质 变化量 相对运动 相对运动趋势 相对运动 相对运动趋势 2 产生条件 接触面 接触面间有弹力 物体间有 或 3 大小 滑动摩擦力Ff 静摩擦力 0 Ff Ffmax 4 方向 与相对运动或相对运动趋势方向 5 作用效果 阻碍物体间的 或 粗糙 相对运动 相对运动趋势 FN 相反 相对运动 相对运动趋势 热身体验1 关于力的概念 下列说法正确的是 A 一个受力物体可能受到两个施力物体的作用力B 保持静止不动的物体 一定不受力的作用C 只有相互接触的物体之间才可能存在力的作用D 一个受力物体可以不对其他物体施力2 病人在医院里输液时 液体从袋中滴下 在液体不断滴下的过程中 袋连同袋中的液体共同的重心将 A 一直下降B 一直上升C 先下降后上升D 先上升后下降 3 玩具汽车停在模型桥面上 如图所示 下列说法正确的是 A 桥面受向下的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变B 汽车没有发生形变 所以汽车不受弹力C 汽车受向上的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变D 汽车受向上的弹力 是因为汽车发生了形变 4 关于摩擦力 下列说法正确的是 A 两个接触的物体间可能只存在相互作用的摩擦力B 两个物体间有弹力一定有摩擦力C 汽车在水平公路上行驶 驱动轮受到的摩擦力向前D 杂技演员用手握着竖直的杆向上攀 手握杆的力越大 手受到杆的摩擦力越大 热身体验答案与解析1 解析 选A 静止不动的物体合力为零 可以受到力的作用 所以B错 力有非接触力 所以C错 力的作用是相互的 有施力物体必有受力物体 所以D错 2 解析 选C 重心位置与物体的质量分布有关系 液体越来越少 质量分布是下面多 重心下降 当液体滴完时 重心又回到原来地方 C正确 3 解析 选C 汽车与桥面相互挤压都发生了形变 B错 由于桥面发生弹性形变 所以对汽车有向上的弹力 C对 D错 由于汽车发生了形变 所以对桥面产生向下的压力 A错 4 解析 选C 有摩擦力一定有弹力 A错 有弹力不一定有摩擦力 B错 驱动轮与地面间的力是摩擦力 方向向前 C正确 演员爬杆时 是静摩擦力 与压力无关 D错 一 弹力方向的判断及大小计算1 弹力方向的判断方法 1 根据物体产生形变的方向判断物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反 与自身形变的方向相同 2 根据物体的运动状态判断物体的受力必须与物体的运动状态符合 依据物体的运动状态 由共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向 2 几种常见模型中弹力方向的确定 特别提醒 绳和杆的弹力的区别 杆有固定和转动的区别 3 弹力大小的计算方法 1 弹簧的弹力根据胡克定律计算 2 处于平衡状态的物体所受弹力大小根据平衡方程计算 3 有加速度的物体所受弹力大小根据牛顿第二定律计算 即时应用1画出下列情景中物体A受力的示意图 答案 二 摩擦力的判断及大小的计算1 静摩擦力有无及其方向的判断方法 1 假设法利用假设法判断静摩擦力的有无及方向的思维程序如下 2 状态法 从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件 并进一步分析组成条件中静摩擦力所起的作用 从而判断出静摩擦力的有无及其方向 3 利用牛顿第三定律来判断 此法的关键是抓住 力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向 再根据 反向 确定另一物体受到的静摩擦力方向 2 摩擦力大小的计算 1 根据物体的运动状态计算不论滑动摩擦力 还是静摩擦力都可根据物体的运动状态求解 若物体处于平衡状态 利用平衡条件求解 若物体有加速度 利用牛顿第二定律求解 2 根据公式Ff FN计算 计算滑动摩擦力时 关键的是对相互挤压力FN的分析 它跟研究物体在垂直于接触面方向的受力密切相关 与物体速度大小 接触面积大小无关 只有静摩擦力达到最大值 且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力时 才能用Ffm FN计算 即时应用2画出下列各图中物体A受到的摩擦力 答案 答案 D 题后反思 杆产生的弹力方向可能沿杆 也可能不沿杆 需结合物体受其他力的情况 运动情况 由平衡条件或F合 ma确定 考点2摩擦力的分析与计算如图 如图 有一半径为r 0 2m的圆柱体绕竖直轴OO 以 9rad s的角速度匀速转动 今用力F将质量为1kg的物体A压在圆柱侧面 使其以v0 2 4m s的速度匀速下降 若物体A与圆柱面的动摩擦因数 0 25 求力F的大小 已知物体A在水平方向受光滑挡板的作用 不能随轴一起转动 g取10m s2 答案 50N 误区警示 滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反 本题容易造成的错解就是认为摩擦力的方向竖直向上 思维建模轻弹簧模型 范例 10分 如图所示 斜面倾角为60 10kg的物体通过弹簧与斜面上的固定板相连 已知弹簧的劲度系数k 100N m 当弹簧长度为22cm和8cm 时 物体分别位于A点和B点 且A B两点是物体刚好 可以平衡 的最低点和最高点 试求斜面与物体间的动摩擦因数 已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力 答案 0 14 建模感悟 中学物理中的 弹簧 和 橡皮绳 是理想化模型 具有如下几个特性 1 胡克定律F kx中的x是指弹簧的形变量 2 轻 即弹簧 或橡皮绳 的质量可视为零 由此特点可知 同一弹簧的弹力大小处处相等 3 弹簧既能受拉力 也能受压力 沿着弹簧的轴线 橡皮绳只能受拉力 不能受压力 4 由于弹簧和橡皮绳受力时 其形变较大 发生形变需要一段时间 所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变 但是 当弹簧和橡皮绳被剪断时 它们所受的弹力立即消失 易错辨析认为f滑的大小与接触面面积有关 范例 如图所示 人向右匀速推动水平桌面上的长木板 在木板翻离桌面以前 则 A 木板露出桌面后 推力将逐渐减小B 木板露出桌面后 木板对桌面