高考物理新課標一輪復習第一章直線運動第5講實驗_研究勻變速直線運動分析

1、課標版課標版 物理物理第5講實驗:研究勻變速直線運動 實驗目的實驗目的 用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 實驗原理實驗原理 一、打點計時器一、打點計時器1.作用:計時儀器,每隔0.02 s打一次點。2.工作條件(1)電磁打點計時器:46 V的交流電源。(2)電火花計時器:220 V的交流電源。3.紙帶上各點的意義(1)表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置。(2)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。教材研讀教材研讀二、利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法二、利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法1.沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間的不同時刻的速度分別為v1、v

2、2、v3、v4、若v2-v1=v3-v2=v4-v3=則說明物體在相等時間內速度的增量相等,由此說明物體在做勻變速直線運動,即a=2.沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內的位移分別為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=aT2。三、速度、加速度的求解方法三、速度、加速度的求解方法1.“平均速度法”求速度vn=,如圖所示。vt1vt2vt12nnxxT2.“逐差法”求加速度a1=,a2=,a3=,然后取平均值,=,這樣使所給數據全部得到利用,以提高準確性。3.“圖像法”求加速度由“平均速度法”求出多個點的速度,畫出v-t圖線,圖線的斜率

3、即為加速度。實驗器材實驗器材打點計時器、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、電源。4123xxT5223xxT6323xxTa1233aaa實驗步驟實驗步驟1.把附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上,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。2.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過滑輪,并在繩的另一端掛上合適的鉤碼,把紙帶穿過打點計時器,并把紙帶的一端固定在小車的后面,如圖所示。放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。3.把小車停在靠近打點計時器處,接通電源后,放開小車,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。取下紙帶,換上新紙帶,重復

4、實驗三次。4.從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點,在后面便于測量的地方找一個開始點,以后依次每五個點取一個計數點,確定好計數始點,并標明0、1、2、3、4、測量各計數點到0點的距離x,并記錄填入表中。位置編號012345t/s x/m v/(ms-1) 5.計算出相鄰的計數點之間的距離x1、x2、x3、6.利用一段時間內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點1、2、3、4、5的瞬時速度,填入上面的表格中。7.增減所掛鉤碼數,再做兩次實驗。數據處理及實驗結論數據處理及實驗結論1.由實驗數據得出v-t圖像根據表格中的v、t數據,在平面直角坐標系中仔細描點。作

5、一條直線,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,這條直線就是本次實驗的v-t圖像,它是一條傾斜的直線如圖所示。2.由實驗得出的v-t圖像進一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律。有兩條途徑進行分析:(1)小車運動的v-t圖像是一條傾斜的直線如圖所示,當時間增加相同的值t,速度也會增加相同的值v,由此得出結論:小車的速度隨時間均勻變化。(2)既然小車的v-t圖像是一條傾斜的直線,那么v隨t變化的函數關系式為v=kt+b,所以小車的速度隨時間均勻變化。注意事項注意事項1.交流電源的電壓及頻率要符合要求。2.實驗前要檢查打點計時器打點的穩(wěn)定性和清晰程度,

6、必要時要調節(jié)振針的高度和更換復寫紙。3.開始釋放小車時,應使小車靠近打點計時器。4.先接通電源,計時器工作后,再放開小車,當小車停止運動時及時斷開電源。5.要防止鉤碼落地和小車跟定滑輪相撞,當小車到達定滑輪前及時用手按住它。6.牽引小車的鉤碼個數要適當,以免加速度過大而使紙帶上的點太少,或者加速度太小,而使各段位移無多大差別,從而使誤差增大。加速度的大小以能在50 cm長的紙帶上清楚地取得六七個計數點為宜。7.要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數點,一般在紙帶上每隔四個點取一個計數點,即時間間隔為T=0.025 s=0.1 s。8.要多測幾組數據,盡量減小誤差。9.描點時最好用坐標紙,在縱

7、、橫坐標軸上選取合適的單位,用細鉛筆認真描點。誤差分析誤差分析1.根據紙帶測量的位移有誤差。2.電源頻率不穩(wěn)定,造成相鄰兩點的時間間隔不完全相等。3.紙帶運動時打點不穩(wěn)定引起測量誤差。4.用作圖法,作出的v-t圖像并不是一條直線。5.木板的粗糙程度并非完全相同,這樣測量得到的加速度只能是所測量段的平均加速度?？键c一實驗原理和實驗誤差的分析考點一實驗原理和實驗誤差的分析典例典例1 2013廣東理綜,34(1)研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖(a)所示,其中斜面傾角可調。打點計時器的工作頻率為50 Hz。紙帶上計數點的間距如圖(b)所示,其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。考點突破考點突破

8、圖(a) 圖(b)部分實驗步驟如下:A.測量完畢,關閉電源,取出紙帶。B.接通電源,待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車。C.將小車?？吭诖螯c計時器附近,小車尾部與紙帶相連。D.把打點計時器固定在平板上,讓紙帶穿過限位孔。上述實驗步驟的正確順序是: (用字母填寫)。圖(b)中標出的相鄰兩計數點的時間間隔T= s。計數點5對應的瞬時速度大小計算式為v5= 。為了充分利用記錄數據,減小誤差,小車加速度大小的計算式應為a= 。答案DCBA0.1解析按常規(guī)實驗步驟排序即可,即先安裝再操作后整理。因相鄰兩計數點間有4個點沒有畫出,所以其間有5個 0.02 s,共計0.1 s。由=可知,v5=。由x=aT2,結

9、合逐差法可得a=。452ssT65432129ssssssT2tvv452ssT65432129ssssssT1-1 (2015貴州七校第一次聯(lián)考,22)如圖甲所示,將電磁打點計時器固定在鐵架臺上,使質量m=50 g的重錘帶動紙帶由靜止開始自由下落,利用此裝置可以測量重力加速度。 甲以下是某同學的實驗操作和計算過程,請完成以下內容:(1)以下操作正確的是 。A.在進行實驗時,應先釋放紙帶,再打開電源B.打點計時器應接在220 V的交流電源上C.釋放紙帶時,應將重錘的一端盡量靠近打點計時器,以便打出更多的點進行研究D.實驗中,應該讓紙帶保持豎直狀態(tài),以減小實驗過程中的誤差(2)取下紙帶,取其中的

10、一段標出計數點如圖所示,測出計數點間的距離分別為x1=2.60 cm,x2=4.14 cm,x3=5.69 cm,x4=7.22 cm,x5=8.75 cm,x6=10.29 cm。已知打點計時器的頻率為f=50 Hz,則重錘運動的加速度計算式為a= ,代入數據,可得加速度a= m/s2(計算結果保留三位有效數字)。 乙答案 (1)CD(2)f2 9.60解析 (1)在進行實驗時,應先打開電源后釋放紙帶,A項錯;電磁打點計時器應接在46 V低壓交流電源上,B項錯;釋放紙帶時,為打出更多的點,需將重錘的一端盡量靠近打點計時器,C項正確;實驗中保持紙帶豎直狀態(tài),減小紙帶與打點計時器之間的摩擦,從而

11、減小實驗誤差,D項正確。(2)處理紙帶數據時,為了更多地利用實驗數據,采用逐差法,即a=,又因為T=,所以有a=f2,代入數據,可得加速度 a=9.60 m/s2。456123()()36xxxxxx4561232()()(6 )xxxxxxT1f456123()()36xxxxxx考點二實驗數據處理考點二實驗數據處理典例典例2 (2013浙江理綜,21,10分)如圖所示,裝置甲中掛有小桶的細線繞過定滑輪,固定在小車上;裝置乙中橡皮筋的一端固定在導軌的左端,另一端系在小車上。一同學用裝置甲和乙分別進行實驗,經正確操作獲得兩條紙帶和,紙帶上的a、b、c均為打點計時器打出的點。(1)任選一條紙帶讀

12、出b、c兩點間距離為 ;(2)任選一條紙帶求出c、e兩點間的平均速度大小為 ,紙帶和上c、e兩點間的平均速度 (填“大于”、“等于”或“小于”);(3)圖中 (填選項)。A.兩條紙帶均為用裝置甲實驗所得vvB.兩條紙帶均為用裝置乙實驗所得C.紙帶為用裝置甲實驗所得,紙帶為用裝置乙實驗所得D.紙帶為用裝置乙實驗所得,紙帶為用裝置甲實驗所得答案 (1)2.10 cm或2.40 cm(0.05 cm,有效數字位數需正確) (2)1.13 m/s或1.25 m/s(0.05 m/s,有效數字位數不作要求)小于 (3)C解析 (1)紙帶上b、c兩點間距離為6.00 cm-3.90 cm=2.10 cm。

13、紙帶上b、c兩點間距離為6.50 cm-4.10 cm=2.40 cm。(2)紙帶上c、e間的平均速度 =1.13 m/s;紙帶上c、e間的平均速度 =1.25 m/s,顯然有 。v2(10.506.00) 10 m0.04sv2(11.506.50) 10 m0.04svv(3)紙帶上的連續(xù)相鄰兩點間距離之差幾乎不變,說明小車在做勻加速運動,由此可以判斷紙帶是由裝置甲實驗所得,紙帶上的連續(xù)相鄰兩點間距離之差逐漸變小,最后等于0。說明小車的加速度逐漸變小,由此可以判斷紙帶是由裝置乙實驗所得。 2-1 (2015湖北武漢新洲一中期中)在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗中,某同學得到一條用打點

14、計時器打下的紙帶如圖所示,并在其中取A、B、C、D、E、F、G等7個計數點,每相鄰兩個計數點間還有4個點,圖中沒有畫出,打點計時器接周期為T=0.02 s的低壓交流電源。他經過測量和計算得到打點計時器打下B、C、D、E、F各點時小車的瞬時速度,記錄在下面的表格。對應點BCDEF速度/(ms-1)0.1220.1640.2050.2500.289(1)打點計時器打下F點時,小車的瞬時速度的表達式為vF= ;(2)根據上面得到的數據,以A點對應的時刻為t=0時刻,在坐標紙上作出小車的速度隨時間變化的v-t圖線。(3)由v-t圖線求得小車的加速度a= m/s2。(結果保留兩位有效數字)答案 (1)6

15、410ddT(2)如圖所示(3)0.42(0.410.43均正確)解析 (1)打下F點時小車的速度vF=。(2)根據數據描點畫線。(3)v-t圖線的斜率表示加速度。EGdt6410ddT考點三實驗的改進與創(chuàng)新考點三實驗的改進與創(chuàng)新典例典例3 (2014大綱全國,22,6分)現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動。在一小物塊沿斜面向下運動的過程中,用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示。拍攝時頻閃頻率是 10 Hz;通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4。已知斜面頂端的高度h和斜面的長度s。數據如下表所示。重力加速度大小 g=9.80 m/s2。單位:cm

16、x1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據表中數據,完成下列填空:(1)物塊的加速度a= m/s2(保留3位有效數字)。(2)因為 ,可知斜面是粗糙的。答案 (1)4.30(填“4.29”或“4.31”均可)(2)物塊加速度小于g=5.88 m/s2(或:物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)解析 (1)a=4.30 m/s2(2)見答案。hs24xT341224xxxxT1.本題創(chuàng)新點分析:本題中用閃光照片替代了傳統(tǒng)實驗中的紙帶,但數據處理方法與紙帶處理方法相同。2.本實驗還可以從以下方向進行創(chuàng)新(1)器材創(chuàng)新:如果提供光電門和刻度尺,我們可以測

17、出遮光片的寬度d,借助v=求出物體通過光電門的速度,再由-=2ax求出物體的加速度。dt22v21v(2)數據處理創(chuàng)新:若初速度為零,則x=at2,因此作出x-t2圖線,圖線斜率的2倍即為物體的加速度大小;若物體的初速度不為零,則x=v0t+at2,可得=v0+at,因此作出-t圖線,圖線斜率的2倍即為物體的加速度大小。1212xt12xt3-1 (2015北京海淀期中)某同學利用打點計時器研究做勻加速直線運動小車的運動情況,如圖甲所示為該同學實驗時打出的一條紙帶中的部分計數點(后面計數點未畫出),相鄰計數點間有4個點跡未畫出(打點計時器每隔0.02 s打出一個點)。甲(1)為研究小車的運動,

18、此同學用剪刀沿虛線方向把紙帶上OB、BD、DF各段紙帶剪下,將剪下的紙帶一端對齊,按順序貼好,如圖乙所示。簡要說明怎樣判斷此小車是否做勻變速直線運動。方法: 。乙(2)在圖甲中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.31 cm、x4=8.94 cm、x5=9.57 cm、x6=10.20 cm,則打下點跡A時,小車運動的速度大小是 m/s,小車運動的加速度大小是 m/s2(本小題計算結果保留兩位有效數字)。答案 (1)各段紙帶上方左上角、中點或各段紙帶中點連接后為一條直線,或每條紙帶比前一條紙帶長度增加量相同(以上各條答對一條即可) (2)0.74 0.63解析 (1)略。(2)vA= m/s=0.74 m/s用逐差法計算小車運動的加速度122xxT2(7.057.68) 102 0.1a= m/s2=0.63 m/s24561232()()9xxxxxxT22(8.949.57 10.20)(7.057.688.31) 10