高考物理一轮复习 实验一 研究匀变速直线运动课件1.ppt

实验一研究匀变速直线运动 实验目的 1 练习正确使用打点计时器 学会利用打点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 x at2 3 掌握使用速度 时间图象求加速度的方法 4 掌握使用逐差法计算匀变速直线运动加速度的方法 实验原理 1 打点计时器 1 电磁打点计时器 6v以下交流电源 2 电火花计时器 220v交流电源 3 当所用交流电源的频率f 50hz时 每隔0 02s打一次点 若交流电的频率变化 对应打点时间间隔也会发生变化 2 处理纸带数据时区分计时点和计数点 计时点是指打点计时器在纸带上打下的点 计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点 要注意 每5个点取一个计数点 与 每隔4个点取一个计数点 取点方法是一样的 时间间隔均为0 1s 3 匀变速直线运动的判断 1 若物体在连续相等时间t内的位移之差 x为一恒量 即 x at2 则物体做匀变速直线运动 2 利用 平均速度法 确定多个点的瞬时速度 作出物体运动的v t图象 若图象是一条倾斜的直线 则物体做匀变速直线运动 4 由纸带计算某点的瞬时速度 根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度vn 来计算 5 利用纸带求物体加速度的两种方法 1 逐差法 根据x4 x1 x5 x2 x6 x3 3at2 t为相邻计数点之间的时间间隔 求出a3 然后取平均值 即 即为物体的加速度 在数据处理时可以对纸带重新分段 把6段距离分为 前三 和 后三 后三 减 前三 也为相邻相等时间间隔内的位移差 时间间隔为3t 2 图象法 利用求出打各点时纸带的瞬时速度 然后作出v t图象 用v t图象的斜率求物体运动的加速度 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 实验过程 1 仪器安装 1 把一端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 细绳跨过定滑轮 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 2 测量与记录 1 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 再做两次 2 从三条纸带中选择一条比较理想的 舍掉开头一些比较密集的点 从后边便于测量的点开始确定计数点 为了计算方便和减小误差 通常用连续打点五次的时间作为时间单位 即计数点的时间间隔为t 0 1s 正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离 并填入设计的表格中 3 利用某一段时间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的瞬时速度 4 增减所挂钩码的个数 再重复实验两次 数据处理 1 由实验数据得出v t图象 1 根据表格中的v t数据 在直角坐标系中仔细描点 2 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 落不到直线上的各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图线 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 1 直接分析图象的特点得出 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时 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 通过函数关系进一步得出 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 显然v与t成线性关系 小车的速度随时间均匀变化 3 用 x at2对纸带进行分段 计算加速度 若纸带上计数段为偶数 直接分为前后两段计算 若纸带计数段为奇数 可以舍掉首段或中间一段进行计算 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 注意事项 1 平行 纸带和细绳要和木板平行 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 要防止钩码落地和小车与滑轮相撞 4 纸带选取 选择一条点迹清晰的纸带 舍弃点密集部分 适当选取计数点 5 准确作图 在坐标纸上 纵 横轴选取合适的单位 避免所描点过密或过疏而导致误差过大 仔细描点连线 不能连成折线 应作一条直线 让各点尽量落到这条直线上 落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧 热点一实验原理 操作与数据处理 典例1 2016 天津高考 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动 导学号04450018 1 实验中 必要的措施是 a 细线必须与长木板平行b 先接通电源再释放小车c 小车的质量远大于钩码的质量d 平衡小车与长木板间的摩擦力 2 他实验时将打点计时器接到频率为50hz的交流电源上 得到一条纸带 打出的部分计数点如图所示 每相邻两个计数点间还有4个点 图中未画出 s1 3 59cm s2 4 41cm s3 5 19cm s4 5 97cm s5 6 78cm s6 7 64cm 则小车的加速度a m s2 要求充分利用测量数据 打点计时器在打b点时小车的速度vb m s 结果均保留两位有效数字 规范解答 1 选a b 实验时 若细线与木板不平行 细线的拉力使小车运动过程中与木板间的压力改变造成摩擦力变化 产生实验误差 选项a正确 实验时要先接通电源再释放小车 选项b正确 此实验是研究小车的匀变速直线运动 不平衡小车与长木板间的摩擦力和小车的质量不远大于钩码的质量时小车仍做匀变速直线运动 故选项c d错误 2 两点间的时间间隔t 0 1s 由逐差法可得 在匀变速直线运动中 某段时间的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度 故答案 1 a b 2 0 800 40 强化训练 某同学利用图甲所示的实验装置探究物块速度随时间的变化 物块放在桌面上 细绳的一端与物块相连 另一端跨过滑轮挂上钩码 打点计时器固定在桌面左端 所用交流电源频率为50hz 纸带穿过打点计时器 连接在物块上 启动打点计时器 释放物块 物块在钩码的作用下拖着纸带运动 打点计时器打出的纸带如图乙所示 图中相邻两点间有4个点未画出 根据实验数据分析 该同学认为物块的运动为匀加速运动 回答下列问题 1 在打点计时器打出b点时 物块的速度大小为 m s 在打出d点时 物块的速度大小为 m s 保留两位有效数字 2 物块的加速度大小为 m s2 保留两位有效数字 解析 1 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度 所以 2 根据匀变速直线运动的推论公式 x at2可以求出加速度的大小 得x3 x1 2a1t2x4 x2 2a2t2为了更加准确地求解加速度 我们对两个加速度取平均值得a a1 a2 2 0m s2答案 1 0 560 96 2 2 0 反思归纳 1 减小测量误差的措施 1 采用逐差法计算加速度 2 利用v t图象计算加速度 2 减小系统误差的措施 1 纸带运动方向与打点计时器限位孔平行 减小对纸带的摩擦 2 测量重力加速度时 使用质量大 体积小的重物以减小空气阻力的影响 热点二实验拓展与创新 典例2 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动 用自制 滴水计时器 计量时间 实验前 将该计时器固定在小车旁 如图甲所示 实验时 保持桌面水平 用手轻推一下小车 在小车运动过程中 滴水 计时器等时间间隔地滴下小水滴 图乙记录了桌面上连续6个水滴的位置 已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴 导学号04450019 1 由图乙可知 小车在桌面上是 选填 从右向左 或 从左向右 运动的 2 该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动 小车运动到图乙中a点位置时的速度大小为 m s 加速度大小为 m s2 结果均保留2位有效数字 规范解答 1 由于用手轻推一下小车 则小车做减速运动 根据桌面上连续6个水滴的位置 可知 小车从右向左做减速运动 2 已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴 那么相邻两点时间间隔为 根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度 有 va m s 0 19m s 根据匀变速直线运动的推论公式 x at2可以求出加速度的大小 得 a m s2 0 038m s2 负号表示方向相反 答案 1 从右向左 2 0 190 038 强化训练 在暗室中用如图所示的装置做 测定重力加速度 的实验 实验器材有 支架 漏斗 橡皮管 尖嘴玻璃管 螺丝夹子 接水铝盒 一根荧光刻度的米尺 频闪仪 具体实验步骤如下 在漏斗内盛满清水 旋松螺丝夹子 水滴会以一定的频率一滴滴地落下 用频闪仪发出的白闪光将水滴照亮 由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴 用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度 采集数据进行处理 1 实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时 频闪仪的闪光频率满足的条件是 2 实验中观察到水滴 固定不动 时的闪光频率为30hz 某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴的距离如图乙所示 根据数据测得当地重力加速度g m s2 第8个水滴此时的速度v8 m s 结果都保留三位有效数字 解析 1 频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时 则每滴下来一滴水