三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习课件第1章第5讲实验研究匀变速直线运动

1、课标版 物理,第5讲实验:研究匀变速直线运动,实验目的 用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律。 实验原理 一、打点计时器 1.作用:计时仪器,每隔0.02 s打一次点。 2.工作条件 (1)电磁打点计时器:46 V的交流电源。 (2)电火花计时器:220 V的交流电源。 3.纸带上各点的意义 (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。,二、利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 1.沿直线运动的物体在连续相等时间的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

2、增量相等,由此说明物体在做匀变速直线运动,即a= 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x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=则说明物体在做匀变速直线运动,且x=aT2。 三、速度、加速度的求解方法 1.“平均速度法”求速度 vn=,如图所示。,2.“逐差法”求加速度 a1=,a2=,a3=,然后取平均值,=,这样使所给数据 全部得到利用,以提高准确性。 3.“图像法”求加速度 由“平均速度法”求出多个点的速度,画出v-t图线,图线的斜率即为加速度。 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。,实验步骤 1.把附有

3、定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。 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,并把纸带的一端固定在小车的后面,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,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

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图像 根据表格中的v、t数据,在平面直角坐标系中仔细描点。 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图像,它是一条倾斜的直线如图所示。,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

5、进行分析: (1)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)既然小车的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,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.实验前要检查打点计时器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.要防止钩码落地和小车跟定滑轮相撞,当小车到达定滑轮前及时用手按住它。,

6、6.牵引小车的钩码个数要适当,以免加速度过大而使纸带上的点太少,或者加速度太小,而使各段位移无多大差别,从而使误差增大。加速度的大小以能在50 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。 7.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=0.025 s=0.1 s。 8.要多测几组数据,尽量减小误差。 9.描点时最好用坐标纸,在纵、横坐标轴上选取合适的单位,用细铅笔认真描点。 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图像并

7、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。,考点一实验原理和实验误差的分析 典例12013广东理综,34(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)所示,其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50 Hz。纸带上计数点的间距如图(b)所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。,图(a),图(b) 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

8、母填写)。,图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T=s。 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=。 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=。 答案DCBA0.1 解析按常规实验步骤排序即可,即先安装再操作后整理。因相邻 两计数点间有4个点没有画出,所以其间有5个 0.02 s,共计0.1 s。由= 可知,v5=。由x=aT2,结合逐差法可得a=。,1-1(2015贵州七校第一次联考,22)如图甲所示,将电磁打点计时器固定在铁架台上,使质量m=50 g的重锤带动纸带由静止开始自由下落,利用此装置可以测量重力加速度。 甲 以下是某同学的实验操作和计算过程,请完成以下内容

9、: (1)以下操作正确的是。 A.在进行实验时,应先释放纸带,再打开电源 B.打点计时器应接在220 V的交流电源上,C.释放纸带时,应将重锤的一端尽量靠近打点计时器,以便打出更多的点进行研究 D.实验中,应该让纸带保持竖直状态,以减小实验过程中的误差 (2)取下纸带,取其中的一段标出计数点如图所示,测出计数点间的距离分别为x1=2.60 cm,x2=4.14 cm,x3=5.69 cm,x4=7.22 cm,x5=8.75 cm,x6=10.29 cm。已知打点计时器的频率为f=50 Hz,则重锤运动的加速度计算式为a=,代入数据,可得加速度a=m/s2(计算结果保留三位有效数字)。 乙,答

10、案(1)CD (2)f29.60 解析(1)在进行实验时,应先打开电源后释放纸带,A项错;电磁打点计时 器应接在46 V低压交流电源上,B项错;释放纸带时,为打出更多的点,需将重锤的一端尽量靠近打点计时器,C项正确;实验中保持纸带竖直状态,减小纸带与打点计时器之间的摩擦,从而减小实验误差,D项正确。(2)处理纸带数据时,为了更多地利用实验数据,采用逐差法,即a=,又因为T=,所以有a=f2,代 入数据,可得加速度 a=9.60 m/s2。,考点二实验数据处理 典例2(2013浙江理综,21,10分)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,

11、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 (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 答案(1)2.10 cm或2.40 cm(0.05 cm,有效数字位数需正确)(2)1.13 m/s 或1.25 m

12、/s(0.05 m/s,有效数字位数不作要求)小于(3)C 解析(1)纸带上b、c两点间距离为6.00 cm-3.90 cm=2.10 cm。纸带 上b、c两点间距离为6.50 cm-4.10 cm=2.40 cm。 (2)纸带上c、e间的平均速度 =1.13 m/s;纸带上 c、e间的平均速度 =1.25 m/s,显然有 。,(3)纸带上的连续相邻两点间距离之差几乎不变,说明小车在做匀加速运动,由此可以判断纸带是由装置甲实验所得,纸带上的连续相邻两点间距离之差逐渐变小,最后等于0。说明小车的加速度逐渐变小,由此可以判断纸带是由装置乙实验所得。,2-1(2015湖北武汉新洲一中期中)在“探究小

13、车速度随时间变化规律”的实验中,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示,并在其中取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点,图中没有画出,打点计时器接周期为T=0.02 s的低压交流电源。他经过测量和计算得到打点计时器打下B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度,记录在下面的表格。,(1)打点计时器打下F点时,小车的瞬时速度的表达式为vF=; (2)根据上面得到的数据,以A点对应的时刻为t=0时刻,在坐标纸上作出小车的速度随时间变化的v-t图线。 (3)由v-t图线求得小车的加速度a=m/s2。(结果保留两位有效数字) 答案(1),(2)如图所示 (3)0.42

14、(0.410.43均正确) 解析(1)打下F点时小车的速度vF=。 (2)根据数据描点画线。 (3)v-t图线的斜率表示加速度。,考点三实验的改进与创新 典例3(2014大纲全国,22,6分)现用频闪照相方法来研究物块的变速运 动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是 10 Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小 g=9.80 m/s2。 单位:cm,根据表中数据,完成下列填空: (1)物块的加速度a=m/s2(保留3位有效数

15、字)。 (2)因为,可知斜面是粗糙的。 答案(1)4.30(填“4.29”或“4.31”均可) (2)物块加速度小于g=5.88 m/s2(或:物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑 的加速度) 解析(1)a=4.30 m/s2 (2)见答案。,1.本题创新点分析:本题中用闪光照片替代了传统实验中的纸带,但数据处理方法与纸带处理方法相同。 2.本实验还可以从以下方向进行创新 (1)器材创新:如果提供光电门和刻度尺,我们可以测出遮光片的宽度d,借助v=求出物体通过光电门的速度,再由-=2ax求出物体的加速度。,(2)数据处理创新:若初速度为零,则x=at2,因此作出x-t2图线,图线斜率的2 倍即为物

16、体的加速度大小;若物体的初速度不为零,则x=v0t+at2,可得=v0+ at,因此作出-t图线,图线斜率的2倍即为物体的加速度大小。,3-1(2015北京海淀期中)某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况,如图甲所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出),相邻计数点间有4个点迹未画出(打点计时器每隔0.02 s打出一个点)。,甲,(1)为研究小车的运动,此同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF各段纸带剪下,将剪下的纸带一端对齐,按顺序贴好,如图乙所示。简要说明怎样判断此小车是否做匀变速直线运动。方法:。,乙,(2)在图甲中x1=7.05 cm、x2

17、=7.68 cm、x3=8.31 cm、x4=8.94 cm、x5=9.57 cm、x6=10.20 cm,则打下点迹A时,小车运动的速度大小是m/s,小车运动的加速度大小是m/s2(本小题计算结果保留两位有效数字)。 答案(1)各段纸带上方左上角、中点或各段纸带中点连接后为一条直 线,或每条纸带比前一条纸带长度增加量相同(以上各条答对一条即可)(2)0.740.63 解析(1)略。 (2)vA= m/s=0.74 m/s 用逐差法计算小车运动的加速度,a= = m/s2 =0.63 m/s2,3-2(2015江苏苏锡常镇四市一调)在暗室中用图示装置做“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、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。 收集数据进行处理。 (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30 Hz,某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图,根据数据测