【状元之路】高中物理 1.4实验研究匀变速直线运动课件 新人教版必修1.ppt

1 4实验 研究匀变速直线运动 知识精要高效梳理 知识备考 一 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直线运动的方法 3 会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度 二 实验原理1 打点计时器 1 作用 计时仪器 每隔0 02s打一次点 2 工作条件电磁打点计时器 6v以下交流电源电火花计时器 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 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 利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设x1 x2 x3 为纸带上相邻两个计数点之间的距离 若 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 由纸带求物体运动加速度的方法 1 逐差法 根据x4 x1 x5 x2 x6 x3 3at2 求a1 a2 a3 再算出a1 a2 a3的平均值即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度 设t为相邻两计数点之间的时间间隔 则a1加速度的平均值为 逐差法 求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据x1 x2 x3 以减小偶然误差 2 用v t图象求加速度 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度即求出打各个计数点时纸带的瞬时速度 再作出v t图象 图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度 三 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 四 实验步骤1 把一端附有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 如图所示 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 纸带要放在复写纸下面 并把纸带的一端固定在小车的后面 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 舍掉开头一些比较密集的点 在后边便于测量的地方找一个开始点 为了测量方便和减少误差 通常不用每打一次点的时间作为时间的单位 而用每打五次点的时间作为时间的单位 就是t 0 1s 在选好的开始点下标明a 依次标为b c d e 这些点叫做计数点 5 一般要测出六段位移x1 x2 x3 x4 x5 x6 6 根据测量结果 利用 实验原理 中给出的公式算出加速度a1 a2 a3的值 注意t 0 1s 求出a1 a2 a3的平均值 就是小车做匀变速直线运动的加速度 双基精练自主探究 基础备考 1 当纸带与运动物体连接时 打点计时器在纸带上打出点痕 下列关于纸带上点痕的说法中 正确的是 a 点痕记录了运动的时间b 点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移c 点痕在纸带上的分布情况 反映了物体的质量和形状d 点痕在纸带上的分布情况 反映了物体的运动情况答案 abd 2 如图所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带 从0点开始每5个计时点取一个计数点 依照打点的先后顺序依次编为1 2 3 4 5 6 测得x1 5 18cm x2 4 40cm x3 3 62cm x4 2 78cm x5 2 00cm x6 1 22cm 1 相邻两计数点间的时间间隔为 s 2 物体的加速度大小a m s2 方向 填a b或b a 3 打点计时器打计数点3时 物体的速度大小v3 m s 方向 填a b或b a 0 1 0 80 a b 0 32 b a 疑难精讲名师解疑 能力备考 疑难点一 本实验中有哪些需要注意的问题 请简述 名师在线 1 使用打点计时器打点时 应先接通电源 待打点计时器稳定工作后 再释放纸带 2 细绳尽可能与木板平行 以确保细绳对小车的拉力不变 小车的加速度应适当大一些 可以减小长度的测量误差 以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7 8个计数点为宜 3 电火花计时器利用高压脉冲火花放电 打点 放电针与纸带没有接触 因而不会干扰纸带运动 相对来说阻力很小 所以有条件最好用电火花计时器 4 安装纸带时 纸带位于长木板中间 并保证运动时纸带不与打点计时器限位孔摩擦 为减小实验误差 我们往往舍弃纸带开始那些比较密集的点 从间距较大的点开始取计数点 有时采用每五个点取一个计数点的方法 这时相邻两计数点之间的时间间隔为5 0 02s 0 1s 在实验操作中 要在钩码落地处垫上软垫 防止砸坏地板 当小车即将运动到长木板的定滑轮处时 立即用手将小车接住 以免小车与定滑轮碰撞 疑难点二 为什么处理数据时 常用 逐差法 计算加速度 名师在线 处理数据时 有两种计算的方法 比较两种方法 方法一中只用了x6 x1两段 而方法二中用了6段 前者误差较大 后者误差较小 所以常用后者计算加速度 易错点拨自我完善 误区备考 易错点不能正确使用v t图象处理数据自我诊断 2009 启东模拟 做匀变速直线运动的小车 牵引一条纸带通过打点计时器 交流电源的频率是50hz 由纸带上打出的某一点开始 每5个点剪下一段纸带 如图所示 每一小段纸带的一端与x轴相重合 一边与y轴平行 将纸带依次贴在坐标系中 求 1 仔细研究图 找出小车在相邻时间内位移存在的关系 2 设 t 0 1s 请画出该小车的v t图象 3 根据图象求其加速度 答案 1 相邻时间内位移差为8cm 2 见图1 4 4 3 8m s2 解析 1 由图中所标纸带每段位移关系 可知在相邻相等时间内的位移差 y近似相等 考虑误差原因后 可近似认为 y 8cm 2 以图中的x轴作为时间轴 以纸带的宽度表示相等的时间间隔t 0 1s 每段纸带最上端中点对应v轴上的速度恰好表示每段时间的中间时刻的瞬时速度 即因此可以用纸带的长度表示每小段时间中间时刻的瞬时速度 将纸带上端中间各点连接起来 可得到v t的图象 如图所示 3 利用图象求斜率或用 y at2均可以求得小车加速度a 8m s2 题型研练互动探究 方法备考 题型一实验原理和误差分析 例1 一位同学在用打点计时器做 测匀变速直线运动加速度 的实验时 纸带上打出的不是圆点而是如图所示的一些短线 这可能是因为 a 打点计时器错接在直流电源上b 电源电压不稳定c 电源的频率不稳定d 振针压得过紧 解析 当振针距离复写纸片间隙过小时 每一个打点周期内就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸上 这样就打出了一段一段的小线段 所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中 否则就要做适当的调整 答案为d 答案 d方法总结 振针压得过紧 还会导致纸带在运动中所受阻力增大 有些实验中会影响到实验的精确度 例如用自由落体运动验证机械能守恒的实验 创新预测1在 研究匀变速直线运动 的实验中 下列方法中有助于减小实验误差的是a 选取计数点 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 舍去纸带上开始时密集的点 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 解析 选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大 在用直尺测量这些点间的间隔时 在测量绝对误差基本相同的情况下 相对误差较小 因此a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 测量准确性降低 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相对误差 舍去纸带上过于密集 甚至分辨不清的点 因此c项正确 题型二利用纸带求速度和加速度 例2 在 研究匀变速直线运动 的实验中 打点计时器使用的交流电源的频率为50hz 记录小车运动的纸带如图所示 在纸带上选择6个计数点a b c d e f 相邻两计数点之间还有四个点未画出 各点到a点的距离依次是2 0cm 5 0cm 9 0cm 14 0cm 20 0cm 1 根据学过的知识可以求出小车在b点的速度为vb m s ce间的平均速度为m s 2 以打b点时为计时起点 建立v t坐标系 如图所示 请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线 答案 2 见解析 答案 1 0 250 45 3 根据图线可得小车运动的加速度为m s2 答案 3 1 2 v t图象如图所示 3 在v t图象中 图线的斜率表示加速度 即a 方法总结 应用描点法作图时应遵循以下三条原则 让尽量多的点在直线上 不能在直线上的点应均匀地分布在直线两侧 个别偏离直线太远的点应舍去 创新预测2 2009 增城模拟 一个小球沿斜面向下运动 用每间隔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 相等 匀加速 匀变速 2 有甲 乙两同学计算小球加速度的方法如下 甲同学 乙同学 你认为甲 乙中哪位同学的计算方法更好 加速度值为 乙同学 1 10m s2 解析 1 由表中数据可知 x4 x3 x3 x2 x2 x1 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1 10m s2 高效作业自我测评 技能备考 一 选择题1 2009 广东卷 研究匀变速直线运动 的实验中 使用电磁式打点计时器 所用交流电的频率为50hz 得到如图所示的纸带 图中的点为计数点 相邻两计数点间还有四个点未画出来 下列表述正确的是 a 实验时应先放开纸带再接通电源b x6 x1 等于 x2 x1 的6倍c 从纸带可求出计数点b对应的速率d 相邻两个计数点间的时间间隔为0 02s答案 c 解析 在 研究匀变速直线运动 的实验中 应先接通电源再放开纸带 a错 根据相等的时间间隔内通过的位移有xm xn m n at2 可知 x6 x1 等于 x2 x1 的5倍 b错 根据b点的速度为a与c的中间时刻点的速度有vbc对 由于相邻的计数点之间还有4个点没有画出 所以时间间隔为0 1s d错 2 如图所示 为同一打点计时器打出的两条纸带 由纸带可知 a 在打下计数点 0 至 5 的过程中 纸带甲的平均速度比乙的大b 在打下计数点 0 至 5 的过程中 纸带甲的平均速度比乙的小c 纸带甲的加速度比乙的大d 纸带甲的加速度比乙的小答案 bd 解析 在打下计数点 0 至 5 的过程中 两纸带所用时间相同 但甲纸带位移小于乙纸带位移 故甲乙 选项a错 b对 相邻计数点间所用时间相等 但乙的速度变化得更快 故a甲 a乙 选项c错 d对 二 非选择题3 某学生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个计时点 在这点下标明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 测量时发现b点已模湖不清 于是他测得ac长为14 56cm cd长为11 15cm de长为13 73cm 则打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 ab的距离应为 cm 保留三个有效数字 0 986 2 58 5 99 4 2008 高考宁夏卷 物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数 实验装置如图 一表面粗糙的木板固定在水平桌面上 一端装有定滑轮 木板上有一滑块 其一端与电磁打点计时器的纸带相连 另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接 打点计时器使用的交流电源的频率为50hz 开始实验时 在托盘中放入适量砝码 滑块开始做匀加速运动 在纸带上打出一系列小点 给出的是实验中获取的一条纸带的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是计数点 每相邻两计数点间还有4个打点 图中未标出 计数点间的距离如图所示 根据图中数据计算的加速度a 保留三个有效数字 0 495 0 497m s2 5 用如图1 4 15所示的实验装置测量物体沿斜面匀加速下滑的加速度 打点计时器打出的纸带如图1 4 16所示 已知纸带上各相邻点的时间间隔为t 则可以得出打点计时器在打出c点时小车的速度大小的表达式为 小车运动的加速度大小的表达式为 若测出斜面的长度l和斜面右端距桌面的高度h 已知重力加速度为g 小车的质量为m 则可以得出斜面对小车的阻力的表达式为 6 某学生在用打点计时器做测定匀变速直线运动的实验时 其开始的装配图如图所示 其中有错误与不妥之处 请把它们找出来 1 2 3 答案 1 电磁打点计时器接的是直流电源 2 小车离定滑轮端太近 3 滑轮位置太低 致使线的拉力与板面不平行解析 1 电磁打点计时器必须接交流电源 而图上所接为直流电源 显然是个错误 2 开始时 小车离定滑轮端太近 向前运动的余地太小致使纸带上留下的计数点过少 给测量带来不便 产生较大误差 3 滑轮的位置太低 致使线的拉力方向与板面不平行 阻力大 误差也大 7 2009 苏州模拟 光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图 a 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 b 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是固定在长木板上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为d 其示数如图 c