高中物理 實(shí)驗(yàn)四研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)解析

1、實(shí)驗(yàn)四研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)第一關(guān)：基礎(chǔ)關(guān)展望高考基礎(chǔ)知識(shí)(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康木毩?xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,學(xué)會(huì)用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.(二)實(shí)驗(yàn)原理測(cè)定物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)最基本的是測(cè)出位移和時(shí)間的關(guān)系,運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)則,對(duì)紙帶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.如圖所示,從計(jì)數(shù)點(diǎn)!0"開(kāi)始每隔4個(gè)點(diǎn)記做一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).x1,x2,xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,x是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)的位移之差,即x1=x2-x1,x2=x3-x2,T是兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔且T=0.02ns(n為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的點(diǎn)的數(shù)目），由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式x1=v0T+aT2;x2=v1T+aT2;x3=v2T+aT2.得x=x2-x1=a

2、T2,T是恒量,當(dāng)a為恒量時(shí),x也為恒量,即做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體x必為恒量,它是判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的必要條件.若物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),其判斷條件是:(1)x=x2-x1=x3-x2=xn-xn-1=恒量;(2)x=2x1(x1為從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離).(三)實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,紙帶,復(fù)寫(xiě)紙片,低壓交流電源,小車(chē),細(xì)繩,一端附有滑輪的長(zhǎng)木板,刻度尺,鉤碼,導(dǎo)線.(四)實(shí)驗(yàn)步驟1.按下圖把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,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,連接好電路.2.把細(xì)繩的一端固定在小車(chē)上,跨過(guò)滑輪后在另一端掛上適量的鉤碼

3、,讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔后一端固定在小車(chē)上,用手拉住小車(chē).3.先接通電源,后放開(kāi)小車(chē),讓小車(chē)運(yùn)動(dòng),這樣打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn),取下紙帶,更換新紙帶,至少重復(fù)3次.4.選打點(diǎn)清晰的紙帶進(jìn)行研究,舍去開(kāi)頭比較密集的點(diǎn),確定好記數(shù)始點(diǎn),每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),使時(shí)間間隔T=0.1s.5.用毫米刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離x1,x2,x3,xn,用逐差法計(jì)算加速度的值,最后求其平均值(計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度,作出v-t圖象,求得直線的斜率即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度).(五)注意事項(xiàng)1.細(xì)繩盡可能與平板平行,以確保細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力不變.2.開(kāi)始釋放小車(chē)時(shí),小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.3

4、.小車(chē)的加速度應(yīng)適當(dāng)大一些,以能在紙帶長(zhǎng)約50cm的范圍內(nèi)清楚地取78個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜.4.要防止鉤碼落地撞壞與小車(chē)跟定滑輪相撞,應(yīng)采取一些防范措施.5.要區(qū)別計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)(一般把計(jì)時(shí)器打出的5個(gè)點(diǎn)作為1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)).選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)不少于6個(gè).6.不要分段測(cè)量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一量出到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離).讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的下一位.第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考解題技法一、紙帶問(wèn)題的特點(diǎn)和一般處理方法技法講解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上留下物體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)跡如圖所示,這類(lèi)問(wèn)題具有的共同特點(diǎn)及特殊的處理方法如下:(1)這些點(diǎn)跡代表了運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置.(2)每隔相等時(shí)間留一個(gè)

5、點(diǎn)跡,即任何相鄰兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相等.(3)選取一些比較清晰的點(diǎn)跡,依次標(biāo)記0,1,2,3,代表這些點(diǎn).(4)相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次記做x1,x2,x3(5)加速度的基本算法,T為打點(diǎn)周期，即任何相鄰兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.x=xn+1-xn,n=1,2,3比較精確的計(jì)算方法: (6)瞬時(shí)速度的計(jì)算方法：典例剖析例1在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)中，得到一條如圖所示的紙帶，按時(shí)間順序取0，1,2,5共6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，15每相鄰兩點(diǎn)間各有四個(gè)打印點(diǎn)未畫(huà)出.用刻度尺測(cè)出1，2，5各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離分別為10.92cm,18.22cm,23.96cm，28.30cm，31.10cm，通過(guò)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)

6、器的交流電頻率為50Hz，則物體的加速度為_(kāi)m/s2，在打出計(jì)數(shù)點(diǎn)3時(shí)物體速度的大小為m/s,打點(diǎn)4時(shí)物體速度的大小為m/s，打點(diǎn)5時(shí)物體速度的大小為m/s.解析：各點(diǎn)間的距離：s1=d2-d1=7.30cms2=d3-d2=5.74cms3=d4-d3=4.34cms4=d5-d4=2.80cm由逐差法得：求得： =-1.48m/s2此物體做勻減速運(yùn)動(dòng).得：v5=0.210m/s.答案：-1.48m/s20.504m/s0.357m/s0.210m/s二、由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法技法講解（1）逐差法:由s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s6-s3=3a3T2,推廣：（2）公

7、式法利用求得的各瞬時(shí)速度值，按加速度的定義求加速度，即圖象法對(duì)勻變速運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即將各點(diǎn)速度標(biāo)到v-t圖象中，圖線的斜率即為加速度的數(shù)值.典例剖析例2利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車(chē)的加速度，如圖所示給出了該次實(shí)驗(yàn)中從0點(diǎn)開(kāi)始，每打5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶，其中0，1，2，3，4，5，6都為計(jì)數(shù)點(diǎn).測(cè)得：s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm(1)在計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)1，2，3，4，5時(shí)，小車(chē)的速度分別為：v1=cm/s,v2=cm/s,v3=cm/s,v4=cm/s,v

8、5=cm/s.(2)作出v-t圖象，并由圖象求出小車(chē)的加速度a=cm/s2.解析：(1)由公式 (2)將v1、v2、v3、v4、v5對(duì)應(yīng)的數(shù)值在v-t坐標(biāo)系下描點(diǎn)，將描得的點(diǎn)用直線連接起來(lái)的AB，如圖所示.由圖知答案：(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)49.17第三關(guān)：訓(xùn)練關(guān)笑對(duì)高考隨堂訓(xùn)練1.某同學(xué)在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，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(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1s，將每條紙帶上的計(jì)數(shù)點(diǎn)都記為0、1、2、3、4、5，如圖所示甲、乙、丙三段紙帶，分別是從三條不同紙帶上撕下的.(1

9、)在甲、乙、丙三段紙帶中，屬于紙帶A的是(2)打A紙帶時(shí)，物體的加速度大小是m/s2.答案:(1)乙(2)3.112.關(guān)于“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)的操作，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）A.長(zhǎng)木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低B.在釋放小車(chē)前，小車(chē)應(yīng)緊靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器上C.應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始打點(diǎn)后再釋放小車(chē)D.要在小車(chē)到達(dá)定滑輪前使小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)解析：在該實(shí)驗(yàn)中長(zhǎng)木板一端高一些另一端低一些對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不會(huì)帶來(lái)壞的影響，因?yàn)橹灰≤?chē)能夠做加速度大小比較合適的勻加速直線運(yùn)動(dòng)就可以，所以A選項(xiàng)中的后半句是錯(cuò)誤的，但長(zhǎng)木板決不能側(cè)向傾斜，這樣會(huì)造成小車(chē)相對(duì)長(zhǎng)木板有側(cè)向速度，使紙帶

10、與限位孔摩擦增大，使紙帶上點(diǎn)間距離和小車(chē)實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離不等，實(shí)驗(yàn)誤差大，甚至可能使小車(chē)從木板上掉下，使實(shí)驗(yàn)失敗.提出B選項(xiàng)的要求，主要是為了充分利用紙帶的長(zhǎng)度，在紙帶上得到更多的點(diǎn)，提出D選項(xiàng)的要求，主要是為了保護(hù)小車(chē)和長(zhǎng)木板上的定滑輪.答案：A3.如圖所示，是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，已知交流電的頻率是50Hz圖中A、B、C、D、E、F等是按時(shí)間順序先后打出的計(jì)數(shù)點(diǎn)（每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)未畫(huà)出).用刻度尺量出AB、EF之間的距離分別是2.40cm和0.84cm，那么小車(chē)的加速度大小是，方向是.解析：由紙帶數(shù)據(jù)知,s1=2.40cm,s5=0.84cm,計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔T=5×0.02

11、s=0.1s則小車(chē)的加速度所以，加速度大小為0.39m/s2，方向與運(yùn)動(dòng)方向相反.答案：0.39m/s2與運(yùn)動(dòng)方向相反4.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究物體的自由落體運(yùn)動(dòng),得到如圖所示一段紙帶.測(cè)得AB=7.65cm，BC=9.17cm.已知交流電頻率是50Hz,則打B點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度為m/s.如果實(shí)驗(yàn)測(cè)出的重力加速度值比公認(rèn)值偏小,可能的原因是.解析：由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，中點(diǎn)時(shí)刻速度等于一段時(shí)間平均速度，所以不考慮自由落體物體所受空氣阻力，則若考慮實(shí)際自由落體物體所受空氣阻力，則因此，沒(méi)有考慮物體在下落過(guò)程中所受阻力，是使重力加速度測(cè)量值比公認(rèn)值偏小的一個(gè)重要原因.答案：2.10沒(méi)有考慮物體在下落過(guò)程

12、中所受阻力.5.如圖所示，兩位同學(xué)進(jìn)行跑步比賽時(shí)，為了了解自己的加速情況，他們分別拿著底部穿孔，滴水比較均勻的飲料瓶一起跑，然后通過(guò)地上的水印分析他們的速度變化情況.請(qǐng)你和同學(xué)們一起試一試，并說(shuō)一說(shuō)其中的道理.答案：由于飲料瓶滴水比較均勻，而且瓶底距地面距離保持不變，因此，兩滴水落地的時(shí)間間隔不變，即地上水印間的時(shí)間間隔相等，再根據(jù)水印間的距離變化情況，可以分析他們的速度變化情況.6.用速度傳感器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得小車(chē)經(jīng)過(guò)各時(shí)刻的瞬時(shí)速度如下：為了求出加速度，最合理的方法是()A.根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，用公式a=v/t算出加速度B.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出v-t圖象，量出其傾角，用公

13、式a=tan算出加速度C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出v-t圖象，由圖線上較遠(yuǎn)兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度及時(shí)間，用公式a=v/t算出加速度D.依次算出通過(guò)連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均加速度解析：方法A只選擇兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)速度偶然誤差較大.方法D實(shí)際上也僅由始末兩個(gè)速度決定，偶然誤差也比較大，只有利用所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出對(duì)應(yīng)的v-t圖象，才可充分利用各次測(cè)量數(shù)據(jù)，減小偶然誤差.由于在物理圖象中兩坐標(biāo)軸的分度大小往往是不相等的，因此圖象中直線的傾角不是可以準(zhǔn)確得出加速度的依據(jù)，故方法B也是錯(cuò)誤的.正確的方法是利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出對(duì)應(yīng)的v-t圖，然后由圖線上較遠(yuǎn)兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度及時(shí)間，利用公式a=v/t算出加速度，即方法C正

14、確.答案：C7.做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，牽引一條紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，交流電源的頻率是50Hz，每5個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，將紙帶沿點(diǎn)所在位置剪開(kāi)，左邊與y軸平行，將紙帶貼在直角坐標(biāo)系中，求：（1）在第一個(gè)0.1s內(nèi)中間時(shí)刻的速度是m/s.（2）運(yùn)動(dòng)物體的加速度是m/s2.答案：0.225,0.758.在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電的頻率為，記錄小車(chē)做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇標(biāo)為的個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出.紙帶旁并排放著帶有最小刻度為毫米的刻度尺，零點(diǎn)跟“”計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，由圖可以讀出、三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)跟“”點(diǎn)的距離、填入表格中.計(jì)算小車(chē)通過(guò)

15、計(jì)數(shù)點(diǎn)“”的瞬時(shí)速度為_(kāi)，通過(guò)記數(shù)點(diǎn)“”的瞬時(shí)速度為_(kāi)；小車(chē)的加速度是_m/s2.解析：以計(jì)數(shù)點(diǎn)0（刻度尺零刻度）為一維坐標(biāo)原點(diǎn)，連出向右方向的一維坐標(biāo)系，從圖中可讀得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、3、5的坐標(biāo)值x1=1.20cm,x3=5.40cm,x5=12.00cm則d1=x1-x0=1.20cm,d3=x3-x0=5.40cm,d5=x5-x0=12.00cm每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔T=5×0.02s=0.1s定義1、3計(jì)數(shù)點(diǎn)間距為s1=x3-x1=4.20cm,定義3、5計(jì)數(shù)點(diǎn)間距為s2=x5-x3=6.60cm1、3（或3、5）之間T=2T=0.2s由s2-s1=aT2有答案：1.205.4012.000.210.330.69