實(shí)驗(yàn)-設(shè)計(jì)的研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

1、.wd.wd.wd.實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)1.實(shí)驗(yàn)器材電火花計(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(xiàn)、電源、復(fù)寫(xiě)紙片.2.實(shí)驗(yàn)原理(如圖1所示)圖13.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照如以下列圖實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端，接好電源；(2)把一細(xì)繩系在小車(chē)上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下端掛適宜的鉤碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車(chē)后面；(3)把小車(chē)?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車(chē)；(4)小車(chē)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶；(5)換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)展測(cè)量分析.4.本卷須知(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行.(2)兩

2、先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開(kāi)電源，后取紙帶.(3)防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車(chē)停頓運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地及小車(chē)與滑輪相撞.(4)減小誤差：小車(chē)的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜.(5)小車(chē)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置釋放.1.數(shù)據(jù)處理(1)目的通過(guò)紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等.(2)方法分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì).利用逐差法求解平均加速度a1eq f(x4x1,3T2)，a2eq f(x5x2,3

3、T2)，a3eq f(x6x3,3T2)aeq f(a1a2a3,3)eq f(x4x5x6x1x2x3,9T2)利用平均速度求瞬時(shí)速度：vneq f(xnxn1,2T)eq f(dn1dn1,2T)利用速度時(shí)間圖象求加速度a.作出速度時(shí)間圖象，通過(guò)圖象的斜率求解物體的加速度；b.剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度.2.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(1)x1、x2、x3xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離.(2)x是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間里的位移差：x1x2x1，x2x3x2.(3)T是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T0.02n(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù)).(4)x

4、aT2，只要小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2017全國(guó)卷22)某探究小組為了研究小車(chē)在桌面上的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器計(jì)量時(shí)間.實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車(chē)旁，如圖2(a)所示.實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車(chē).在小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置.(滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)圖2(1)由圖(b)可知，小車(chē)在桌面上是_(填“從右向左或“從左向右)運(yùn)動(dòng)的.(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車(chē)做勻變速運(yùn)動(dòng).小車(chē)運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度

5、大小為_(kāi) m/s，加速度大小為_(kāi) m/s2.(結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字)答案(1)從右向左(2)0.190.038解析(1)小車(chē)在阻力的作用下，做減速運(yùn)動(dòng)，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車(chē)在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng).(2)滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，所以相鄰兩水滴間的時(shí)間間隔為T(mén)eq f(30,45)seq f(2,3)s，所以A點(diǎn)位置的速度為vAeq f(0.1170.133,2f(2,3)m/s0.19 m/s.根據(jù)逐差法可求加速度aeq f(x5x4x2x1,6T2)，解得a0.038m/s2，故加速度的大小為0.038 m/s2.變式1如圖3所示，是某同

6、學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的表示小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的頻率f50 Hz，其中x17.05 cm、x27.68cm、x38.33cm、x48.95cm、x59.61cm、x610.26cm.圖3(1)下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、F時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度，請(qǐng)?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D、E兩點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度.(結(jié)果保存三位有效數(shù)字)位置BCDEF速度(ms1)0.7370.8010.994(2)以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖4中畫(huà)出小車(chē)的速度時(shí)間圖線(xiàn).圖4(3)根據(jù)你畫(huà)出的小車(chē)的速度時(shí)間圖線(xiàn)計(jì)算出小車(chē)的加速度a_m/s2.(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)(4)如

7、果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f49Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測(cè)量值比實(shí)際值偏_.(選填“大或“小)答案(1)0.8640.928(2)如以下列圖(3)0.64(4)大命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1.復(fù)習(xí)啟示高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的根基上創(chuàng)設(shè)新情景.因此，要在夯實(shí)根基實(shí)驗(yàn)的根基上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題.2.情景拓展3.數(shù)據(jù)處理(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度.(2)速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度測(cè)定遮光片的寬度d和遮光片通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t，由veq f(d

8、,t)求速度.(3)加速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度利用經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的瞬時(shí)速度，由速度位移關(guān)系式求加速度.類(lèi)型1實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新例2(2017全國(guó)卷22)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系.使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器.圖5實(shí)驗(yàn)步驟如下：如圖5(a)，將光電門(mén)固定在斜面下端附近，將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開(kāi)場(chǎng)下滑；當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線(xiàn)被擋光片遮住的時(shí)間t；用s表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度如圖(b)所示，eq xto(v)表示滑塊在擋光片遮住

9、光線(xiàn)的t時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出eq xto(v)；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中的位置一樣，令滑塊由靜止開(kāi)場(chǎng)下滑，重復(fù)步驟、；屢次重復(fù)步驟；利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出vt圖，如圖(c)所示.完成以下填空：(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門(mén)時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，那么eq xto(v)與vA、a和t的關(guān)系式為eq xto(v)_.(2)由圖(c)可求得vA_cm/s，a_ cm/s2.(結(jié)果保存3位有效數(shù)字)答案(1)vAeq f(1,2)at(2)52.116.6解析(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門(mén)的速度為v，那么由速度時(shí)間關(guān)系可知：vvAat，且

10、eq xto(v)eq f(vAv,2)聯(lián)立解得：eq xto(v)vAeq f(1,2)at；(2)由圖(c)可讀出vA52.1cm/s，圖線(xiàn)的斜率keq f(1,2)aeq f(53.652.4,18035103)cm/s28.28 cm/s2，即a16.6cm/s2.類(lèi)型2實(shí)驗(yàn)方法拓展例3某研究性學(xué)習(xí)小組用圖6裝置來(lái)測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，主要操作如下：安裝實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門(mén)和紙杯在同一豎直線(xiàn)上；翻開(kāi)試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門(mén)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，并用刻度尺(圖上未畫(huà)出)測(cè)量出兩個(gè)光電門(mén)之間的高度h，計(jì)算出小鐵球通過(guò)兩光電門(mén)間的平均速度v；保持

11、光電門(mén)1的位置不變，改變光電門(mén)2的位置，重復(fù)的操作.測(cè)出多組(h，t)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的平均速度v；畫(huà)出vt圖象.圖6圖7請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，答復(fù)如下問(wèn)題：(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門(mén)1時(shí)的速度為v0，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.那么小鐵球通過(guò)兩光電門(mén)間平均速度v的表達(dá)式為_(kāi).(用v0、g和t表示)(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(ms1)1.451.681.892.052.212.36請(qǐng)?jiān)趫D7坐標(biāo)紙上畫(huà)出vt圖象.(3)根據(jù)vt圖象，可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭_

12、m/s2，試管夾到光電門(mén)1的距離約為_(kāi)cm.(以上結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字)答案(1)vv0eq f(1,2)gt(2)見(jiàn)解析圖(3)9.7(9.59.9均可)6.5(6.36.7均可)解析(1)根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得vv0eq f(1,2)gt.(2)描點(diǎn)畫(huà)圖，如以下列圖.(3)根據(jù)vv0eq f(1,2)gt可知，vt圖象的斜率keq f(g,2)，解得g9.7 m/s2；圖象與縱軸的截距為小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v0，約為1.12 m/s，根據(jù)v022gh得h6.5cm.變式2在暗室中用如圖8所示裝置做“測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)器材有：

13、支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀.具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖8在漏斗內(nèi)盛滿(mǎn)清水，旋松螺絲夾子，水滴會(huì)以一定的頻率一滴滴地落下.用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動(dòng)的水滴.用豎直放置的米尺測(cè)得各個(gè)水滴所對(duì)應(yīng)的刻度.采集數(shù)據(jù)進(jìn)展處理.(1)實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動(dòng)的水滴時(shí)，頻閃儀的閃光頻率滿(mǎn)足的條件是_.(2)實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動(dòng)時(shí)的閃光頻率為30Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠(yuǎn)的水滴到第一個(gè)水滴的距離如圖9所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭_m/s2；第8個(gè)水滴此時(shí)的速度v8_ m/s.(結(jié)果都保存三位有效數(shù)字)圖9(3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：_.答案(1)頻閃儀的閃光頻率等