人教版物理2012步步高大一轮复习讲义课件练习必修1第章运动描述匀变速直线运动研究-第一章实验一

(2)工作条件二、实验原理1．打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔0．02

s打一次点．电磁打点计时器：4

V～6

V交流电源电火花计时器：220

V交流电源(3)纸带上点的意义：①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．②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．③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．2．利用纸带判断物体运动状态的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即aΔv

Δv1＝Δt

＝

Δt

＝

ΔtΔv2＝…．(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2．3．速度、加速度的求解方法1(1)“逐差法”求加速度，即a

＝x

－x143T22，a

＝x5－x23T23，a

＝x6－x3

，然后取平均值，即a

＝

a1＋a2＋a3

，这样可使所给3T2

3数据全部得到利用，以提高准确性．(2)“平均速度法”求速度即vn＝(xn＋xn＋1)2T，如图1所示．图1(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v－t图，直线的斜率即加速度．三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．四、实验步骤1．仪器安装(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．实验装置见图2所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．图2测量与记录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 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．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T＝0.1

s,如图3所示,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图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．增减所挂钩码数，再做两次实验．3．数据处理及实验结论(7)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4所示可以看到，对于每次实验，描出的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．图4(8)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5所示，当时间增加相同的值Δt时，速度也会增加相同的值Δv，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．图5五、注意事项交流电源的电压及频率要符合要求．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．开始

小车时，应使小车靠近打点计时器．先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源．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×

5

s＝0．1

s．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．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．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．典例精析例1(2010·重庆理综)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＝50

Hz．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

6

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＝16.6

mm、xB＝126.5

mm、xD＝624.5

mm．图6若无法再做实验，可由以上信息推知：相邻两计数点的时间间隔为

s；打C点时物体的速度大小为

m/s(取2位有效数字)；物体的加速度大小为

(用xA、xB、xD和f表示)．解析

(1)因相邻的两计数点间还有

4

个计时点，故

t＝5T＝0．1

s．(2)由匀变速直线运动的特点可知：xBDvC＝

2t

＝(624.5－126.5)2×0.1－3×10 m/s＝2.5

m/s．(3)设xB－xA＝x1，xC－xB＝x2，xD－xC＝x3，则x3－x1＝2at2，x2－1

3

2

1

D

B

A5

75ax

＝at2，即

x

＋x

－2x

＝3at2，t＝5T＝f

，故

x

－3x

＋2x

＝f

2所以

a＝(xD－3xB＋2xA)f

2．75答案

(1)0.1

(2)2.5

(3)(xD－3xB＋2xA)f

275例2(2010·

Ⅱ)利用图7中所示的装置可以研究

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．图7(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：

．答案

(1)C

(2)打点计时器与纸带间存在摩擦解析

(1)处理纸带求加速度，一定要知道长度，则要有米尺；打点计时器就是测量时间的工具，则不需要秒表；重力加速度的值和物体的质量无关，则不需要天平．(2)加速度小了，说明物体受到了阻力作用，据此说一条理由就行．例3(2009

理综)如图8所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从开始下落，利用此装置可以测量重力加速度．图8(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

的重物，此外还需

(填字母代号)中的器材．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

．2v2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，所以不要天平和砝码．计算速度需要测相邻计数点间的距离，需要毫米刻度尺，选D．(2)由公式v

＝2gh知，如绘出2

－h图象，其斜率也等于重力加速度．答案

(1)D (2)

2高度创新实验例4 (2009 Ⅰ)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9．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．图9实验步骤如下：①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m；②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；③将滑块从A点

，由光电计时器读出滑块的挡光时间t；④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值

t

；⑤利用所测数据求出摩擦力Ff和斜面倾角的余弦值cos

α；⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，作出Ff－cos

α关系曲线．(1)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

α＝

；图10②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＝

．(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图10所示，读得d＝

．解析

(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，受重力、支持力、滑动摩擦力，①根据三角形关系可得到cos

α＝s2－(h1－h2)2s②通过光电门的速度等于光电门宽度与所用时间的比值，即v＝dtv2③根据运动学公式有s＝2a，即a＝d22s

t2④根据

第二定律

mgsin

θ－Ff＝ma，则有Ff＝mgh1－h2s－md22s

t2(2)在游标卡尺中，主尺上是

3.6

cm，在游标尺上恰好是第

2条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是10

分度，所以读数为

3.6

cm＋0.1×2

mm＝3.62

cm．答案

(1)①1ss2－(h1－h2)2

②dt③d22s

t2④mgh1－h2s－md22s

t2(2)3.62

cm答题技巧

实验原理迁移创新高考实验题一般源于

而不拘泥于，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，用中实验的原理、方法和技巧处理新问题．针对本题，纸带的处理、游标卡尺的读数、匀变速运动规律以及第二定律，都是教材中的重点知识，只要熟练掌握，就不难解答本题．随堂巩固训练(2010·动实验中获得的一条纸带．已知打点计时器电源频率为

50

Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为

．ABCD

是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图

11

中读出

A、B

两点间距

x＝

；C

点对应的速度是

(计算结果保留三位有效数字)．图11解析

毫米刻度尺的精确度为

0.1

mm,故

AB

间的距离为1.70

cm－1.00

cm＝0.70

cm，vC＝x

2TBD＝2.00×10－22×0.1m/s＝0.100

m/s．答案

(1)0.02

s

(2)0.70

cm(0.68

cm～0.72 cm

即可给分)0.100

m/s2．如图

12

所示是做匀加速直线运动的小车带动打点计时器在纸带上打出的点的一部分．图中每相邻两点之间还有四个点没有画出，交流电的频率为50

Hz，测得第二个、第三个计数点与起点相距

d2＝6.0

cm，d3＝10.0

cm，则图12第一个、第四个计数点与起点相距

d1＝

；d4＝

；物体经过第一个、第二个计数点的即时速度

v1＝

；v2＝

和物体的加速度

a＝

．解析

(1)设相邻两计数点相距依次为x1，x2、x3、x4，则x1＝d1，x2＝d2－d1＝6．0

cm－d1，x3＝d3－d2＝(10．0－6．0)

cm＝4．0

cm，x4＝d4－d3＝d4－10．0

cm．在匀加速运动中，从任意一个时刻起在连续相等的时间内通过的位移之差相等．Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝(6．0－d1)－d1＝4．0－(6．0－d1)＝(d4－10．0)－4．0＝…，1得d

＝

cm＝24．67

cm，d

＝8

443

3cm＝14．67

cm．(2)因x

＝d1＝31

28

cm，x

＝6－d3101＝

3

cm，x

＝4．0 cm，而T＝5×0．02

s＝0．1

s，所以v1＝x1＋x22T＝8

103＋

32×0.110cm/s＝30

cm/sv2＝x2＋x32T＝3

＋42×0.1110cm/s＝

3

cm/s＝36．67

cm/sa＝v2－v1＝T

0.11103

－30200cm/s

＝

3

cm/s

＝66．67

cm/s2

2

2答案

(1)2.67

cm 14.67cm (2)30

cm/s 36.67

cm/s66.67

cm/s23．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13所示，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50 Hz.开始实验时，在托盘中放入适当的砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点．图13(1)图14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14所示．根据图中数据计算的加速度a＝

(保留三位有效数字)．图14(2)回答下列两个问题：①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有

．(填入所选物理量前的字母)A．木板的长度LB．木板的质量m1C．滑块的质量m2D．托盘和砝码的总质量m3E．滑块运动的时