高考物理一轮总复习 实验 研究匀变速直线运动课件 新人教版.ppt

实验一研究匀变速直线运动 实验目的 1 利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律 2 能画出小车运动的v t图像 根据图像求加速度 实验原理 1 打点计时器 1 作用打点计时器为计时仪器 当所用交流电源的频率f 50hz时 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 可以利用纸带上打出的点确定计数点间的时间间隔 通过研究纸带上各点之间的间距 可以判断物体的运动情况 2 匀变速直线运动的判断设s1 s2 s3 s4 为纸带上相邻计数点之间的距离 假如 s s2 s1 s3 s2 s4 s3 恒量 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 由纸带求物体运动速度的方法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 4 利用纸带求物体加速度的两种方法 1 逐差法 即根据s4 s1 s5 s2 s6 s3 3at2 t为相邻两计数点之间的时间间隔 求出再算出a1 a2 a3的平均值即为物体的加速度 2 图像法 以打某计数点时为计时起点 利用求出打各点时的瞬时速度 描点得v t图像 图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度 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 一 实验步骤1 把带有滑轮的长木板平放在实验桌上 将滑轮伸出桌面 把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端 并把打点计时器连接在电源上 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 使纸带穿过打点计时器的复写纸下 并把它的一端固定在小车的后面 调节滑轮的高度 使细绳与长木板平行 实验装置如图所示 3 将小车停在靠近打点计时器处 先接通电源 等打点计时器打点稳定后 放开小车 换上新纸带 重复实验3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d 记录并填入表中 5 计算出相邻的计数点之间的距离s1 s2 s3 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 求出各计数点1 2 3 4 5的瞬时速度 填入表格中 7 增减所挂钩码数 再做两次实验 二 数据处理1 由实验数据得出v t图像 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 2 由实验得出的v t图像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 直接分析图像的特点得出 小车运动的v t图像是一条倾斜的直线 如图所示 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 通过函数关系进一步得到 既然小车运动的v t图像是一条倾斜的直线 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 误差分析 1 纸带上计数点间距测量有偶然误差 故要多测几组数据 以尽量减小误差 2 纸带运动时摩擦不均匀 打点不稳定引起测量误差 所以安装时纸带 细绳要与长木板平行 同时选择符合要求的交流电源的电压及频率 3 用作图法作出的v t图像并不是一条直线 为此在描点时最好用坐标纸 在纵 横轴上选取合适的单位 用细铅笔认真描点 注意事项 1 平行纸带 细绳要和长木板平行 2 靠近释放小车前 应使小车停在靠近打点计时器的位置 3 先后顺序实验时应先接通电源 后释放小车 实验后先断开电源 后取下纸带 4 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 小车与滑轮碰撞 5 减小误差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 使纸带上打的点过于密集 6 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 7 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 实验改进 1 用气垫导轨代替长木板 2 用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器 通过以上装置的改进能最大程度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定 使小车尽可能做匀加速直线运动 以提高实验的精确度 热点1实验数据的处理 典例1 2012 山东高考 某同学利用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 1 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 2 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 3 物块减速运动过程中加速度的大小为a m s2 若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数 g为重力加速度 则计算结果比动摩擦因数的真实值 选填 偏大 或 偏小 标准解答 1 由于计数点6之前相邻计数点之间距离之差约为2cm 而计数点6 7之间的距离比计数点5 6之间的距离多1 27cm 故可判断物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速 2 计数点5对应的速度物块做加速运动时加速度大小则计数点6对应的速度为v6 v5 a加t 1 00 2 00 0 1 m s 1 20m s 3 物块做减速运动时的加速度大小为a 2 00m s2 由牛顿第二定律得 mg ma 所以由于除去物块与桌面间的摩擦力 纸带还受到摩擦力的作用 故计算结果比动摩擦因数的真实值偏大 答案 1 67 或76 2 1 001 20 3 2 00偏大 热点2实验原理和实验步骤 典例2 2013 广东高考 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 1 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 2 图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔t s 3 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5 4 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 标准解答 1 实验的操作步骤应先安装实验器材 再接通电源进行实验 完成实验 关闭电源 取出纸带 故正确的操作顺序为d c b a 2 相邻两连续点的时间间隔t 0 02s 5 0 1s 3 计数点5为4和6的中间时刻 故 4 为减小误差 可充分利用数据 据s4 s1 3at2 s5 s2 3at2 s6 s3 3at2 联立求得平均加速度 答案 1 d c b a 2 0 1 3 4 1 在 研究匀变速直线运动 的实验中 下列方法中会导致实验误差增大的是 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 解析 选b 选取计数点能使间隔变大 在用刻度尺测量这些计数点间的间隔时 在测量绝对误差基本相同的情况下 相对误差较小 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 用以减小误差 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 综上所述本题应选b 2 2014 福州模拟 某同学在测定匀变速直线运动的加速度时 得到了几条较为理想的纸带 并在每条纸带上每5个计时点取一个计数点 依打点先后编为0 1 2 3 4 5 由于不小心 纸带被撕断 部分缺失 如图所示 请根据给出的a b c d四段纸带回答 1 从纸带a上撕下的那段应该是b c d三段纸带中的 填字母代号 2 打纸带a时 物体的加速度大小是m s2 打计数点1时 物体的速度大小是m s 解析 因物体做匀变速直线运动 加速度保持不变 打a纸带时 加速度 0 6m s2 又物体运动的加速度则4 5两点间隔为s5 s2 3at2 36 0 10 3m 3 0 6 0 12m 54 10 3m 54 0mm 所以从纸带a上撕下的那段应是c 0 33m s 答案 1 c 2 0 60 33 3 在 探究小车速度随时间变化的规律 的实验中 如图所示是一条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 每相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出 交流电的频率为50hz 1 在打点计时器打b c d点时 小车的速度分别为vb m s vc m s vd m s 2 在如图所示的坐标系中画出小车的v t图像 3 将图线延长与纵轴相交 交点的速度是 此速度的物理含义是 解析 1 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 所以b点的瞬时速度c点的瞬时速度d点的瞬时速度 2 根据以上数据作出小车的v t图像 如图所示 3 将图线延长与纵轴相交 交点的速度约为v 0 2m s 此速度的物理含义是表示0时刻小车经过a点时的速度 答案 1 1 382 643 90 2 3 见解析 4 如图甲是 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 1 od间的距离为 cm 2 图乙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 解析 由图甲d点对应的数值可以读出od之间的距离为1 20cm 物体做匀变速直线运动 位移和时间之间的关系为x v0t at2 可见在x t2图像中的斜率表示加速度的一半 可得加速度为0 933m s2 答案 1 1 20 2 加速度的一半 或 0 933 5 2013 浙江高考 如图所示 装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮 固定在小车上 装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端 另一端系在小车上 一同学用装置甲和乙分别进行实验 经正确操作获得两条纸带 和 纸带上的a b c 均为打点计时器打出的点 1 任选一条纸带读出b c两点间距离为 2 任选一条纸带求出c e两点间的平均速度大小为 纸带 和 上c e两点间的平均速度 选填 大于 等于 或 小于 3 图中 填选项 a 两条纸带均为用装置甲实验所得b 两条纸带均为用装置乙实验所得c 纸带 为用装置甲实验所得 纸带 为用装置乙实验所得d 纸带 为用装置乙实验所得 纸带 为用装置甲实验所得 解析 1 纸带 中b点的坐标为3 95cm c点的坐标为6 05cm 则b c两点间的距离为2 10cm 纸带 中b点的坐标为4 20cm c点的坐标为6 50cm 则b c两点间的距离为2 30cm 2 纸带 中c e两点间的距离为4 50cm c e两点间的平均速度大小等于两点间的距离除以时间0 04s c e两点间的平均速度大小为1 13m s 纸带 中c e两点间的距离为5 00cm c e两点