高考物理實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)理論指導(dǎo)

1、高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1) 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打點(diǎn)紙帶研究小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況。(2) 會(huì)利用打點(diǎn)紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。(3) 能畫(huà)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的 vt 圖象，根據(jù)圖象求加速度。1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f 50 Hz 時(shí)，每隔 0.02 s打一次點(diǎn)。(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器： 6 V 以下交流電源工作條件電火花計(jì)時(shí)器： 220 V 交流電源(3) 紙帶上點(diǎn)的意義：表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置?？梢岳眉垘洗虺龅狞c(diǎn)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔。通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的間距，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況。2利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)

2、動(dòng)的方法設(shè) x1、 x2、 x3、 x4為紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，假如x x2 x1x3 x2x4x3常數(shù)，即連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。3由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)速度的方法根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度vn ( xn xn 1)/2 T。4由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法(1) 逐差法：即根據(jù) x4 x1 x5 x2 x6 x3 3aT2 ( T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔 ) ，求出1(x4 1)/3T2 ，2(x52)/3T2， 3(x63)/3T2 ，再算出a1、2、 3的平均值aaxaxaxaa( a1

3、a2 a3)/3 x4 x5 x6 x1x2 x3，即為物體的加速度。9T2(2) 圖象法： 求出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，再作出 v t圖象，圖象的斜率即為物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫(xiě)紙。(1) 把帶有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，并把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在電源上。(2) 把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，并壓在復(fù)寫(xiě)紙下面，把它的一端固定在小車(chē)的后面，調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行

4、。實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)1 1 所示。圖實(shí) 1 1(3) 將小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處， 先接通電源， 等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后， 放開(kāi)小車(chē)。換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn) 3 次。(4) 從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開(kāi)始一些比較密集的點(diǎn)，在后面便于測(cè)量的地方找一個(gè)開(kāi)始點(diǎn)，以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，確定好計(jì)數(shù)始點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、 2、 3、4，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0 點(diǎn)的距離 d，記錄并填入表中。位置編號(hào)0123456時(shí)間 t /sd/mx/mv/(m ·s1)(5) 計(jì)算出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離x1、 x2、 x3。(6) 利用一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、

5、2、3、 4、 5 的瞬時(shí)速度，填入表格中。(7) 增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實(shí)驗(yàn)。圖實(shí) 1 21由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v t 圖象(1) 根據(jù)表格中的v、 t 數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)。(2) 作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v t 圖線，它是一條傾斜的直線。2由實(shí)驗(yàn)得出的v t 圖象進(jìn)一步得出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律有兩條途徑進(jìn)行分析：圖實(shí) 1 3(1) 直接分析圖象的特點(diǎn)得出。 小車(chē)運(yùn)動(dòng)的 v t 圖象是一條傾斜的直線， 如圖實(shí) 1 3所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值t ，速度也會(huì)增加相同的值v，由此得出結(jié)論：

6、小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化。(2) 通過(guò)函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得到，既然小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨 t變化的函數(shù)關(guān)系式為vkt b，顯然v 與t成線性關(guān)系，小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化。(1) 平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行。(2) 靠近：釋放小車(chē)前，應(yīng)使小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。(3) 一先一后：實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車(chē)；實(shí)驗(yàn)后先斷開(kāi)電源，后取下紙帶。(4) 防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地，小車(chē)與滑輪碰撞。(5) 減小誤差： 小車(chē)另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)， 避免速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上打的點(diǎn)過(guò)于密集。(6) 紙帶選?。哼x

7、擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。(7) 準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線， 讓各點(diǎn)盡量落到這條直線上， 落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)。(1) 小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起系統(tǒng)誤差。(2) 紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量以及作 v t 圖象引起偶然誤差。如圖實(shí) 1 4 所示，利用頻閃燈、小球、刻度尺可以測(cè)量小球沿斜面下滑過(guò)程中的加速度。圖中是頻閃燈在相同時(shí)間間隔T 閃光照相得到的閃光照片，若用刻度尺測(cè)出相鄰小球間的間隔 x1、x2、 x3、，利用逐差法xaT2，可以求出小球的加速度a。圖實(shí) 1 4實(shí)驗(yàn)原理與誤差

8、的分析例 1如圖實(shí) 1 5 所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上， 使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置可以測(cè)定重力加速度。圖實(shí) 1 5(1) 所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 ( 帶導(dǎo)線 ) 、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、 帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需 _( 填字母代號(hào) ) 器材。A直流電源、天平及砝碼B直流電源、毫米刻度尺C交流電源、天平及砝碼D交流電源、毫米刻度尺(2) 通過(guò)作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度。為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v t 圖象外，還可作 _ 圖象，其縱軸表示的是_，橫軸表示的是 _。解析(1) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接交流電源。重力加速度與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，

9、所以不需要天平和砝碼。計(jì)算速度需要測(cè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，需要毫米刻度尺，故D 正確。2v2(2) 由公式 v 2gh，如繪出 2 h 圖象，其斜率也等于重力加速度。答案(1)Dv2重物下落的高度(2) h 速度平方的二分之一2 例2(2011 ·廣東高考) 圖實(shí)1 6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，O、 A、 B、 C、D和E為紙帶上六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。加速度大小用a 表示。圖實(shí) 1 6(1) OD間的距離為 _cm。(2) 如圖實(shí) 1 7 是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的 x t 2 圖線 ( x 為各計(jì)數(shù)點(diǎn)至同一起點(diǎn)的距離) ，斜率表示 _，其大小為 _ m/s 2( 保

10、留三位有效數(shù)字 ) 。圖實(shí) 1 7解析由于物體做的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所以其從某一點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位移01xv t 222a 22at，由于 xt圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，因此v0 0，則 x 2t，故 x t圖的斜率a0.464 。為 2，通過(guò)圖線可求得斜率為1答案(1)1.20(1.181.22 均可 ) (2) 2a0 458 0.464同類(lèi)實(shí)驗(yàn)的拓展與創(chuàng)新例 3某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖實(shí)1 8 甲所示的滴水法測(cè)量一小車(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘釘住；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車(chē)的末端，在小車(chē)上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s 滴一滴

11、( 以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿(mǎn)水為準(zhǔn)) ；在斜面頂端放置一淺盤(pán)，把小車(chē)放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿(mǎn)水，使水滴能滴入淺盤(pán)內(nèi)；隨即在撤去淺盤(pán)的同時(shí)放開(kāi)小車(chē)，于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車(chē)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車(chē)到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車(chē)移開(kāi)。圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是x01 1.40 cm， x12 2.15 cm，x23 2.91 cm，x34 3.65 cm，x45 4.41 cm， x56 5.15 cm。試問(wèn)：圖實(shí) 1 8(1) 滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的_原理類(lèi)似。(2) 由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4_ m/s ，小車(chē)的加速度 _ m/s 2( 結(jié)果均保留2位有效數(shù)字 ) 。a 解析 (1) 由題知滴水計(jì)時(shí)器的原理與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相同。(2) 可把小車(chē)的運(yùn)動(dòng)看做是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則x34 x45 2v4 v