高考物理一輪復習 1.6實驗 研究勻變速直線運動課件.pptVIP

第6節(jié)實驗 研究勻變速直線運動 1 練習使用打點計時器 學會用打上點的紙帶研究物體的運動 2 掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法 x at2 3 測定勻變速直線運動的加速度 一 實驗目的 1 打點計時器 1 作用 計時儀器 當電源頻率為50hz時 每隔s打一次點 2 工作條件 0 02 220 4v 6v 二 實驗原理 3 紙帶上點的意義 表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置 通過研究紙帶上各點之間的間隔 可以判斷物體的運動情況 可以利用紙帶上打出的點來確定計數(shù)點間的時間間隔 2 利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法 1 沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)不同時刻的速度分別為v1 v2 v3 v4 若v2 v1 v3 v2 v4 v3 則說明物體在相等時間內(nèi)速度的增量相等 由此說明物體在做勻變速直線運動 即a at2 2 沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1 x2 x3 x4 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 則說明物體在做勻變速直線運動 且 x 3 速度 加速度的求解方法 1 平均速度法 求速度即vn 如圖所示 2 由紙帶求物體運動的加速度 逐差法 即根據(jù)x4 x1 x5 x2 x6 x3 3at2 t為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔 求出a1 a2 a3 再算出a1 a2 a3的平均值即為物體運動的加速度 圖象法 即先根據(jù)vn 求出多個點的瞬時速度 后作出v t圖象 圖象的斜率即為物體運動的加速度 三 實驗器材電火花計時器 或電磁打點計時器 一端附有滑輪的長木板 小車 紙帶 細繩 鉤碼 刻度尺 導線 電源 復寫紙片 四 實驗步驟1 把附有滑輪的長木板放在實驗桌上 并使滑輪伸出桌面 把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端 連接好電路 把一條細繩拴在小車上 細繩跨過滑輪 下邊掛上合適的鉤碼 把紙帶穿過打點計時器 并將它的一端固定在小車的后面 實驗裝置見下圖所示 放手后 看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行 2 把小車停在靠近處 先 后 讓小車拖著紙帶運動 打點計時器就在紙帶上打下一系列的點 換上新紙帶 重復三次 3 從三條紙帶中選擇一條比較理想的 舍掉開頭一些比較密集的點 從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點 為了計算方便和減小誤差 通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位 即t 0 1s 如圖所示 正確使用毫米刻度尺測量o計數(shù)點到各個計數(shù)點間的距離 并填入設計的表格中 打點計時器 接通電源 放開小車 4 根據(jù)測量結果 用逐差法求出加速度a 或利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度 作出v t圖象 由圖象的斜率求得加速度 五 注意事項1 開始釋放小車時 應使小車靠近打點計時器 2 應該先接通電源 再釋放小車 當小車到達滑輪前及時用手按住 3 先斷開電源 再取下紙帶 4 對于電磁打點計時器 如打出的點較輕或是短線時 應調(diào)整振針距復寫紙的高度 5 選擇一條理想的紙帶 是指紙帶上的點跡清晰 適當舍棄點密集部分 適當選取計數(shù)點 注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別 弄清楚所選的時間間隔t等于 n 1 t 6 每打好一條紙帶 將定位軸上的復寫紙換個位置 以保證打點清晰 注意此項只對于電磁打點計時器才適用 7 不要分段測量各段位移 應一次測出各計數(shù)點與0計數(shù)點的距離 再逐個計算x1 x2 x3 讀數(shù)時應估讀到0 1mm 8 盡可能保證小車做勻加速直線運動的方法是 細繩盡可能與板面保持平行 滑輪和車輪靈活 長木板表面粗糙程度 紙帶與打點計時器之間的摩擦基本保持一致 題型一 對實驗步驟和注意事項的考查例1在 測定勻變速直線運動的加速度 的實驗中 某同學的操作步驟如下 其中錯誤或遺漏的步驟有 遺漏可編上序號g h a 拉住紙帶 將小車移到靠近打點計時器處先放開紙帶 再接通電源b 將打點計時器固定在平板上 并接好電源c 把一條細繩拴在小車上 細繩跨過定滑輪 下面吊著適當重的鉤碼 d 取下紙帶e 將平板一端抬高 輕推小車 使小車能在平板上做加速運動f 將紙帶固定在小車尾部 并穿過打點計時器的限位孔將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上 解析 a中應先接通電源再放開紙帶 d中先斷開電源 使計時器停止工作 再取下紙帶 遺漏g 換上新紙帶重復實驗三次 答案 adgbefcadg 例2 1 某同學要進行探究勻變速直線運動規(guī)律的實驗 請在下面列出的實驗器材中 選出本實驗中不需要的器材填在橫線上 填編號 打點計時器 天平 低壓交流電源 低壓直流電源 細繩和紙帶 鉤碼和小車 秒表 一端有滑輪的長木板 刻度尺 題型二 紙帶數(shù)據(jù)的處理和計算 2 把紙帶的下端固定在重物上 上端用手提著 紙帶穿過打點計時器 接通電源后將紙帶釋放 重物便拉著紙帶下落 紙帶被打出一系列點 其中有一段如圖所示 則紙帶的哪端與重物相連 填左端或右端 3 若電源的頻率為50hz 實驗者在處理實驗數(shù)據(jù)時 將每隔4個計時點取一個計數(shù)點 則每兩個計數(shù)點間的時間間隔應為 s 如上圖所示 是用打點計時器測定勻變速直線運動規(guī)律時打出的一條紙帶 a b c d e為紙帶上所選的計數(shù)點 則vb m s a m s2 計算結果保留兩位有效數(shù)字 4 如果在測定勻變速直線運動的加速度時 實驗者不知道工作電壓的頻率變?yōu)樾∮?0hz 這樣計算出的加速度值與直實值相比是 填 偏大 偏小 或 不變 解析 1 本實驗不需要天平測質(zhì)量 打點計時器應用低壓交流電源 也不用秒表測時間 故不需要的器材為 2 開始端 紙帶速度較小 點間距應較小 故左端與重物相連 3 打點周期t0 s 0 02s 兩計數(shù)點間的時間間隔為t 5t0 0 1s vb m s 0 26m s 由a 得 a 0 40m s2 4 因由 x at2計算時 用的t比實際的t小 故計算出的a比真實值偏大 答案 1 2 左端 3 0 10 260 40 4 偏大 方法與知識感悟 在進行紙帶數(shù)據(jù)的計算時 應注意以下幾點 1 弄清紙帶中已知的是計時點還是計數(shù)點 若是計數(shù)點 則相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少 2 弄清題中已知的距離是相鄰計數(shù)點間的距離還是每個計數(shù)點到第一個計數(shù)點間的距離 若是后者應換算成相鄰計數(shù)點間的距離再代入原理公式計算 3 計算時注意將單位化為國際單位制 4 注意題中要求保留幾位有效數(shù)字 在用v t圖象處理數(shù)據(jù)時 應注意以下幾點 1 確定坐標標度要適當 盡量使描出的線布滿整個坐標紙 2 根據(jù)表格中的v t數(shù)據(jù) 在平面直角坐標系中仔細描點 3 將點連成線時 使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上 落不到直線上的點 應均勻分布在直線的兩側 如右圖 例3張明同學想研究一下剛買來的遙控電動車的運動 他找來一個廢棄的小輸液瓶 瓶內(nèi)裝上墨水 通過調(diào)節(jié)開關使墨水緩慢滴下 然后將這個裝置固定在車的尾部 使車從靜止開始沿直線前進 然后 他在離出發(fā)點不遠處 選擇墨水滴間距離較大處的一個點為起點 用卷尺測量這個點后面的10個點到這個點的距離 并記錄在下表中 題型三 實驗的拓展變式 1 張明制作的裝置相當于物理實驗室的什么儀器 2 通過上表數(shù)據(jù) 你認為小車在所記錄的這段時間內(nèi)做怎樣的運動 3 要測量小車做勻速運動的速度 張明同學需要知道什么物理量 他還要需要什么測量工具 如何測量 思路點撥 這不是教材中的實驗 而是教材上打點計時器原理的創(chuàng)新應用 很好地理解打點計時器原理 并能遷移應用 是解這個題的關鍵 解析 1 張明制作的裝置相當于打點計時器 2 求出相鄰兩點間的距離如下表 從上表可以看出 開始時相鄰兩點間的距離是逐漸變大的 后面兩點間的距離基本上保持不變 說明開始時小車做加速運動 后面做勻速運動 3 他需要知道滴出相鄰的兩墨水滴的時間間隔 要用秒表才能測出 從滴出第一滴計時 數(shù)到滴下n滴 n 30 所用時間為t 則這個時間間隔 t 方法與知識感悟 該實驗的拓展變遷主要體現(xiàn)在以下幾方面 1 對打點計時器的原理的拓展變遷 如例3中的滴水法 頻閃照相法 利用勻速圓周運動的甩墨法 單擺甩墨法等 2 測速度和加速度的方法變遷 如利用光電門測速度和加速度 3 實驗應用的拓展 如利用打點計時器測加速度結合牛頓第二定律來測定動摩擦因數(shù) 1 某同學用電火花打點計時器 其打點周期t 0 02s 來測定自由落體的加速度 試回答 下列器材料中 不需要的是 只需填選項字母 a 直尺b 紙帶c 重錘d 學生電源 實驗中在紙帶上連續(xù)打出點1 2 3 9 如圖所示 由此測得加速度的大小為m s2 d 9 4 當?shù)氐闹亓铀俣却笮? 8m s2 測量值與實際值有差異的主要原因是 空氣阻力 紙帶與限位 孔之間的摩擦力 解析 電火花打點計時器使用220v交流電源 不需要的是d 依s6 s1 5at2 3 92 2 04 10 2 5a 0 02 2 a 9 4m s2 空氣阻力 紙帶與限位孔之間的摩擦力 2 某同學在做 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 的實驗時 打點計時器所用電源的頻率是50hz 在實驗中得到一條點跡清晰的紙帶 他把某一點記作o 再選依次相鄰的6個點作為測量點 分別標以a b c d e和f 如圖所示 1 如果測得c d兩點相距2 70cm d e兩點相距2 90cm 則在打d點時小車的速度是m s 2 該同學分別算出打各點時小車的速度 然后根據(jù)數(shù)據(jù)在v t坐標系中描點 如圖所示 由此可求得小車的加速度a m s2 1 40 5 00 解析 1 根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律 打d點的速度等于ce段的平均速度 即vd m s 1 40m s 2 根據(jù)描點作一條過原點的直線 直線的斜率即為小車的加速度 圖象如圖所示 求出加速度為5 00m s2 3 光電計時器是一種研究物體運動情況的常用計時儀器 其結構如圖 a 所示 a b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置 當有物體從a b間通過時 光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結束的時間記錄下來 圖 b 中mn是水平桌面 q是長木板與桌面的接觸點 1和2是固定在長木板上適當位置的兩個光電門 與之連接的兩個光電計時器沒有畫出 長木板頂端p點懸有一鉛錘 實驗時 讓滑塊從長木板的頂端滑下 光電門1 2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1 0 10 2s和4 0 10 3s 用精度為0 05mm的游標卡尺測量滑塊的寬度為d 其示數(shù)如圖 c 所示 1 滑塊的寬度d cm 2 滑塊通過光電門1時的速度v1 m s 滑塊通過光電門2時的速度v2 m s 結果保留兩位有效數(shù)字 1 010 1 0 2 5 3 由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值 它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的 要使瞬時速度的測量值更接近于真實值 可將的寬度減小一些 平均速度 滑塊 解析 1 d 10mm 0 05mm 2 10 10mm 1 010cm 2 v1 m s 1 0m sv2 m s 2 5m s 3 v1 v2實質(zhì)上是通過光電門1和2時的平均速度 要使瞬時速度的測量值更接近于真實值 可將滑塊的寬度減小一些 鞏固基礎 1 在 研究勻變速直線運動 的實驗中 下列方法有助于減少實驗誤差的是 a 選取計數(shù)點 把每打5個點的時間間隔作為一個時間單位b 使小車運動的加速度盡量小些c 舍去紙帶上開始時密集的點 只利用點跡清晰 間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量 計算d 適當增加掛在細繩下鉤碼的個數(shù) acd 解析 選取的計數(shù)點間隔較大 在用直尺測量這些計數(shù)點與o計數(shù)點間的距離時 在測量絕對誤差基本相同的情況下 相對誤差較小 a正確 在實驗中 如果小車運動的加速度過小 打出的點很密 長度測量的相對誤差較大 測量準確性降低 因此小車的加速度應適當大些 而使小車加速度增大的常見方法是適當增加掛在細繩下鉤碼的個數(shù)以增大拉力 b錯誤 d正確 為了減小長度測量的相對誤差 舍去紙帶上過于密集甚至分辨不清的點 c正確 bc 3 在 研究勻變速直線運動 的實驗中 算出小車經(jīng)過各計數(shù)點的瞬時速度如下 c 為了算出加速度 合理的方法是 a 根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度 用公式a 算出加速度b 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v t圖 量出其傾角 由a tan 算出加速度c 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v t圖 由圖線上間隔較遠的兩點所對應的速度 用公式a 算出加速度d 依次算出通過連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度 算出平均值作為小車的加速度 解析 根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度用公式a 算出加速度的偶然誤差較大 a不合理 b選項是錯誤的 a 由于兩坐標軸單位長度的標度值不相同 a不一定等于tan 如圖所示 tan45 1 而a 3m s2 由圖線上間隔較遠的兩點對應的速度 利用公式a 算出的加速度偶然誤差小 即c合理 依次算出通過連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度 算出平均值作為小車的加速度 實際只相當于用了第1組和第6組兩組數(shù)據(jù) 偶然誤差仍然較大 d不合理 提升能力 4 如圖所示 是做測定勻變速直線運動的加速度實驗時 打點計時器打出的一段紙帶 a b c d是連續(xù)打出的幾個點 測得ab 4 2cm ac 8 8cm ad 13 8cm 所用交流電源的頻率為50hz 則物體的加速度為 m s2 打b點時速度為m s 結果保留二位有效數(shù)字 若物體是在打下第一個點開始運動的 則a點是打出的第個點 10 2 2 11 1 小球沿斜面下滑的加速度的大小為m s2 保留三位有效數(shù)字 2 根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出小球通過位置c和位置a的速度分別m s和m s 保留三位有效數(shù)字 3 能否根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出斜面的傾角 簡要說明理由 重力加速度g已知 1 10 0 985 0 765 6 某同學在測定勻變速直線運動的加速度時 得到了在不同拉力下的a b c d 等幾條較為理想的紙帶 并在紙帶上每5個點取一個計數(shù)點 即相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為0 1s 將每條紙帶上的計數(shù)點都記為0 1 2 3 4 5 如圖所示甲 乙 丙三段紙帶 分別是從三