高考物理大一輪復習 第一章 實驗一 研究勻變速直線運動

1、高考物理大一輪復習 第一章 實驗一 研究勻變速直線運動課件第1頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四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。實驗原理知識梳理一、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。第2頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四3.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。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)

2、相等時間的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=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=aT2。第3頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四1.“平均速度法”求速度vn=,如圖所示。三、速度、加速度的求解方法2.“逐差法”求加速度a1=,a2=,a3=,然后取平均值,=,這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利用,以提高準確性。第4頁，共33頁，2022年，5月20

3、日，23點22分，星期四3.“圖象法”求加速度由“平均速度法”求出多個點的速度,畫出v-t圖線,圖線的斜率即為加速度。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。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。第5頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四2.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。 第6頁，共33頁，2022年，5月20日

4、，23點22分，星期四3.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(shù)點,確定好計數(shù)始點,并標明0、1、2、3、4、測量各計數(shù)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) 第7頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四5.計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離x1、x2、x3、6.利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的

5、瞬時速度求得各計數(shù)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(shù),再做兩次實驗。數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論1.由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖象第8頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在平面直角坐標系中仔細描點。作一條直線,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(cè),這條直線就是本次實驗的v-t圖象,它是一條傾斜的直線如圖所示。2.由實驗得出的v-t圖象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:第9頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四(1)小車運動的v-t圖象是一

6、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(jié)論:小車的速度隨時間均勻變化。(2)既然小車的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v=kt+b,所以小車的速度隨時間均勻變化。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,必要時要調(diào)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。第10頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，

7、星期四6.牽引小車的鉤碼個數(shù)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(shù)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(shù)點,一般在紙帶上每隔四個點取一個計數(shù)點,即時間間隔為T=0.025 s=0.1 s。8.要多測幾組數(shù)據(jù),盡量減小誤差。9.描點時最好用坐標紙,在縱、橫坐標軸上選取合適的單位,用細鉛筆認真描點。第11頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四誤差分析1.根據(jù)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

8、點不穩(wěn)定引起測量誤差。4.用作圖法,作出的v-t圖象并不是一條直線。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。第12頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四1.(多選)在“研究勻變速直線運動”的實驗中,下列方法有助于減小實驗誤差的是()A.選取計數(shù)點,從比較清晰的點起,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.舍去紙帶上開始處密集的點,只利用點跡清晰、點間隔適當?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)第13頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四答案ACD選取計數(shù)點的優(yōu)點有兩

9、個,一可以減小測量誤差,二使計時間隔變?yōu)?.1 s,方便計算,因此A項正確;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,測量精確性降低,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,故B錯,D對;為了減小長度測量的誤差,舍去紙帶上開始處過于密集,甚至分辨不清的點,因此C項正確。第14頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四2.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

10、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 第15頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四答案見解析解析A中應先接通電源再放開紙帶,D中先斷開電源,使打點計時器停止工作,再取下紙帶;遺漏G,換上新紙帶重復實驗三次。正確合理順序為BFECADG。第16頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四3.如圖所示,為某同學在做“研究勻變速直線運動”的實驗

11、中由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm,則A點處瞬時速度的大小是m/s,小車運動的加速度計算表達式為,加速度的大小是m/s2。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)第17頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四解析由做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度知vA=0.86 m/s。由于x4-x1=3a1T2,x5-x2=3a2T2,x6-x3=3a3T2,故a=代入

12、數(shù)據(jù)得a=0.64 m/s2。答案0.86a=0.64第18頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四4.一個小球沿斜面向下運動,用每隔 s曝光一次的頻閃相機拍攝不同時刻小球位置的照片,如圖所示,即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為 s,測得小球在幾個連續(xù)相等時間內(nèi)的位移(數(shù)據(jù)見表),則 x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010.4011.50第19頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四(1)小球在相鄰的相等時間內(nèi)的位移差(填“相等”或“不相等”),小球的運動性質(zhì)屬直線運動。(2)甲、乙兩同學計算小球加速度方法如下:甲同學:a1

13、=,a2=,a3=,a=乙同學:a1=,a2=,a=你認為甲、乙中哪位同學的計算方法較準確?,加速度值為。答案(1)相等勻加速(勻變速)(2)乙同學1.10 m/s2解析(1)由表中數(shù)據(jù)可知,x4-x3=x3-x2=x2-x1=1.10 cm,故小球做勻加速直線第20頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四運動。(2)乙同學采用逐差法求加速度,較準確,加速度值為a=1.10m/s2。答案(1)相等勻加速(勻變速)(2)乙同學1.10 m/s2解析(1)由表中數(shù)據(jù)可知,x4-x3=x3-x2=x2-x1=1.10 cm,故小球做勻加速直線第21頁，共33頁，2022年，5月20

14、日，23點22分，星期四第22頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四典例1某同學用如圖甲所示裝置測量重力加速度g,所用交流電頻率為50 Hz。在所選紙帶上取某點為0號計數(shù)點,然后每隔4個計時點取一個計數(shù)點,所有測量數(shù)據(jù)及其標記符號如圖乙所示。一、實驗原理和實驗誤差的分析重難突破甲乙第23頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四該同學用兩種方法處理數(shù)據(jù)(T為相鄰兩計數(shù)點的時間間隔):方法A:由g1=,g2=,g5=,取平均值=8.667 m/s2;方法B:由g1=,g2=,g3=,取平均值=8.673 m/s2。從數(shù)據(jù)處理方法看,在x1、x2、x3、x4、x

15、5、x6中,對實驗結(jié)果起作用的:方法A中有;方法B中有。因此,選擇方法(選填“A”或“B”)更合理,這樣可以減少實驗的(選填“系統(tǒng)”或“偶然”)誤差。本實驗誤差的主要來源有(試舉出兩條)。第24頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四解析方法A的實質(zhì):=/5=方法B的實質(zhì):=/3=故方法A中2個數(shù)據(jù)起作用,方法B中6個數(shù)據(jù)起作用。答案x1、x6或37.5 mm、193.5 mmx1、x2、x3、x4、x5、x6或37.5 mm、69.0 mm、100.5 mm、131.5 mm、163.0 mm、193.5 mmB偶然阻力(空氣阻力、振針的阻力、限位孔的阻力、復寫紙的阻力等)

16、、交流電頻率波動、長度測量、數(shù)據(jù)處理方法等第25頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四二、實驗數(shù)據(jù)的處理典例2某同學在研究小車的運動實驗中,獲得一條點跡清楚的紙帶,如圖所示,已知打點計時器每隔0.02 s打一個點,該同學選擇了A、B、C、D、E、F六個計數(shù)點,測量數(shù)據(jù)如圖中所示,單位是cm。(1)小車做什么運動?(2)試計算瞬時速度vB、vC、vD、vE各多大?(3)計算小車的加速度多大?第26頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四解析(1)因為相鄰相等時間內(nèi)的位移差x=BC-AB=CD-BC=DE-CD=EF-DE=常數(shù),所以小車做勻加速運動。(2)由

17、圖可知,相鄰計數(shù)點的時間間隔T=20.02 s=0.04 s由求瞬時速度的方法可得:vB= m/s=0.415 m/s,vC= m/s=0.495 m/s,vD= m/s=0.575 m/s,vE= m/s=0.655 m/s。第27頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四(3)畫v-t圖象,如圖所示,描點、擬合得到直線,由圖象可得a=2.0 m/s2 。答案(1)勻加速運動(2)0.415 m/s0.495 m/s0.575 m/s0.655 m/s(3)2.0 m/s2第28頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四 三、實驗的改進與創(chuàng)新典例3利用圖所示的

18、裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度。一斜面上安裝有兩個光電門,其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處,光電門甲的位置可移動。當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時,與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t。改變光電門甲的位置進行多次測量,每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑,并用米尺測量甲、乙之間的距離s,記下相應的t值;所得數(shù)據(jù)如表所示。 第29頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(m/s)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作圖:(1)若滑塊所受摩擦力為一常量,滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度vt、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是;(2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù),在圖給出的坐標紙上畫出-t 圖線;第30頁，共33頁，2022年，5月20日，23點22分，星期四(3)由所畫出的-t圖