2019屆新課標(biāo)高考物理一輪復(fù)習(xí)實驗1研究勻變速直線運(yùn)動講義

實驗1研究勻變速直線運(yùn)動-2-一、實驗?zāi)康?.練習(xí)使用打點計時器,學(xué)會通過紙帶上的點研究物體的運(yùn)動情況。2.會利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動的速度、加速度。3.利用打點紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律,并能畫出小車運(yùn)動的v-t圖象,根據(jù)圖象求加速度。二、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。-3-三、實驗原理1.打點計時器原理-4-2.勻變速直線運(yùn)動的分析(1)利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法沿直線運(yùn)動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1,x2,x3,x4,…,xn,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=xn-xn-1,則說明物體做勻變速直線運(yùn)動。(2)速度的求解方法-5-(3)加速度的求解方法

②圖象法:以打某計數(shù)點時為計時起點,利用vn=求出打各點時的瞬時速度,描點得v-t圖象,圖象的斜率即為物體做勻變速直線運(yùn)動的加速度。-6-四、實驗步驟1.把附有滑輪的長木板放在實驗桌上,并使有滑輪一端伸出桌面,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(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩繞過滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,將紙帶穿過打點計時器,固定在小車的后面。實驗裝置如圖所示,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。-7-3.把小車停在靠近打點計時器處,先接通電源,后放開小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動,打點計時器就在紙帶上打下一系列的點。換上新紙帶,重復(fù)三次。-8-五、數(shù)據(jù)處理1.由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖象(1)從幾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)開始點,并標(biāo)明0、1、2、3、4、…,測量各計數(shù)點到0點的距離x,并填入表中。-9-(2)利用一段時間內(nèi)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(shù)點1、2、3、4、…的瞬時速度,填入上面的表格中。(3)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標(biāo)系中描點。(4)根據(jù)描點作一條直線,使盡量多的點落到這條直線上,落不到直線上的各點盡可能均勻分布在直線的兩側(cè),如圖所示。-10-2.小車運(yùn)動的速度隨時間變化的規(guī)律(1)小車運(yùn)動的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,當(dāng)時間增加相同的值Δt,速度也會增加相同的值Δv時,可以得出結(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。-11-六、注意事項1.平行紙帶、細(xì)繩要和長木板平行。2.靠近釋放小車前,應(yīng)使小車停在靠近打點計時器的位置。3.先后順序?qū)嶒灂r應(yīng)先接通電源,后釋放小車;一次實驗結(jié)束時先斷開電源,后取下紙帶。4.防止碰撞在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動,防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞。5.減小誤差細(xì)繩的另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng),避免速度過大而使紙帶上打的點太少,或者速度太小使紙帶上打的點過于密集。-12-6.紙帶選取選擇一條點跡清晰的紙帶,舍棄點密集部分,適當(dāng)選取計數(shù)點。7.準(zhǔn)確作圖在坐標(biāo)紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏,而導(dǎo)致誤差過大),仔細(xì)描點連線,不能連成折線,應(yīng)作一條平滑曲線,讓盡量多的點落到這條曲線上,落不到曲線上的各點應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。-13-七、誤差分析1.紙帶運(yùn)動時摩擦不均勻,打點不穩(wěn)定引起誤差。所以安裝時紙帶、細(xì)繩要與長木板平行,同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。2.測量紙帶誤差,為減小誤差舍棄點密集部分,適當(dāng)選取計數(shù)點。3.紙帶上計數(shù)點間距測量有偶然誤差,故要多測幾組數(shù)據(jù),以盡量減小誤差。4.用作圖法作出的v-t圖象不是一條直線。為此在坐標(biāo)紙上描點時,縱、橫軸選取合適的單位,描點連線時,不能連成折線,讓各點盡量落到曲線上,落不到曲線上的各點應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。-14-要最大限度地減少小車與長木板、打點計時器與紙帶間的阻力,應(yīng)如何改進(jìn)實驗?zāi)?結(jié)合教材的介紹,想一下有哪些方法?提示：1.用氣墊導(dǎo)軌代替長木板或在長木板上鋪一層白紙以減小摩擦阻力。2.用頻閃照相的方法或光電計時器代替打點計時器,可以最大限度地減少打點計時器的限位孔與紙帶間的摩擦阻力,使小車盡可能做勻加速直線運(yùn)動,以提高實驗的精確度。-15-考點一考點二考點三實驗原理與操作例1關(guān)于探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗操作,下列說法中錯誤的是(

)A.長木板不能側(cè)向傾斜,也不能一端高一端低B.在釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近打點計時器處C.應(yīng)先接通電源,待打點計時器開始打點后再釋放小車D.要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動答案解析解析關(guān)閉長木板不能側(cè)向傾斜,但可以一端高一端低,故選項A符合題意;實驗時,為了能在紙帶上得到較多的點跡,釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近打點計時器處,選項B不符合題意;如果先釋放小車,可能紙帶上打不上幾個點,故選項C不符合題意;為了保護(hù)小車避免落地摔壞,在小車到達(dá)定滑輪前要用手使小車停止運(yùn)動,選項D不符合題意。答案解析關(guān)閉A-16-考點一考點二考點三例2某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運(yùn)動。

實驗步驟如下:A.安裝好實驗器材。B.讓小車拖著紙帶運(yùn)動,打點計時器在紙帶上打下一系列點。重復(fù)幾次,選出一條點跡比較清晰的紙帶,從便于測量的點開始,每五個點取一個計數(shù)點,如圖乙中a、b、c、d等點。-17-考點一考點二考點三C.測出x1、x2、x3、…。結(jié)合上述實驗步驟,請你繼續(xù)完成下列問題:(1)實驗中,除打點計時器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外,在下列的器材中,必須使用的有

。(填選項代號)

A.電壓合適的50Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.停表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計H.滑動變阻器(2)如果小車做勻加速直線運(yùn)動,所得紙帶如圖乙所示,則x1、x2、x3的關(guān)系是

。已知打點計時器打點的時間間隔是T,則打c點時小車的速度大小是

。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-18-考點一考點二考點三特別提醒1.計時點和計數(shù)點(1)計時點和計數(shù)點的比較計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點,如果所用電源頻率為50

Hz,則兩相鄰點間的時間間隔為0.02

s;計數(shù)點是人們根據(jù)需要按一定的個數(shù)選擇的點,兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇的個數(shù)而定,如每5個點取一個計數(shù)點和每隔4個點取一個計數(shù)點,時間間隔都是0.1

s。(2)紙帶上相鄰的兩點的時間間隔均相同,速度越大,紙帶上的計數(shù)點越稀疏。2.紙帶上點的意義(1)反映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距離,可以判斷物體的運(yùn)動情況。(3)可以利用紙帶上打出的點來確定計數(shù)點間的時間間隔。-19-考點一考點二考點三數(shù)據(jù)處理與誤差分析例3(1)如圖甲所示為探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗裝置圖,按照實驗要求應(yīng)該(

)A.先釋放小車,再接通電源B.先接通電源,再釋放小車C.同時釋放小車和接通電源(2)本實驗必須(

)A.要平衡摩擦力B.要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.上述兩項要求都不需要甲

-20-考點一考點二考點三(3)如圖乙為在探究小車速度隨時間的變化規(guī)律實驗中得到的紙帶,從中確定五個計數(shù)點,量得d1=8.00cm,d2=17.99cm,d3=30.00cm,d4=44.01cm,每相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0.10s。則打C點時小車的速度vC=

m/s,小車的加速度a=

m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-21-考點一考點二考點三例4某實驗小組采用如圖甲所示的實驗裝置探究小車做勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律,打點計時器工作頻率為50Hz。圖乙是實驗中得到的一條較理想的紙帶,每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10s。-22-考點一考點二考點三通過計算已經(jīng)得出了打下B、C、D三個點時小車的瞬時速度,以A點為計時起點,通過描點連線得到了如圖丙所示的圖象。試分析下列問題(保留三位有效數(shù)字)丙(1)打點計時器打E點時小車的瞬時速度vE=

m/s;

(2)小車運(yùn)動的加速度為a=

m/s2;

(3)根據(jù)圖象求出打點計時器打下A點時的速度為vA=

m/s。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-23-考點一考點二考點三規(guī)律總結(jié)1.運(yùn)動性質(zhì)的判斷:看相鄰計數(shù)點間的距離特點。2.瞬時速度的求解:采用平均速度法求某一點的瞬時速度。3.加速度的求解:①v-t圖象法;②推論法(Δx=aT2);③逐差法。-24-考點一考點二考點三實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新本實驗是以教材中的實驗為背景,通過改變實驗條件、實驗儀器等設(shè)置題目,不脫離教材而又不拘泥于教材,體現(xiàn)開放性、探究性等特點。多從原理演化和數(shù)據(jù)處理技巧上進(jìn)行創(chuàng)新。1.原理演化(如圖所示)-25-考點一考點二考點三2.數(shù)據(jù)處理(1)加速度的獲得:靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力沿木板方向的分力獲得加速度。(2)速度的測量方法:由打點紙帶求速度→測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt,由v=求速度。(3)加速度的測量方法:由打點紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度,由速度與時間(位移)關(guān)系求加速度。-26-考點一考點二考點三例5某研究性學(xué)習(xí)小組用圖甲裝置來測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?主要操作如下①安裝實驗器材,調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上;②打開試管夾,由靜止釋放小鐵球,光電計時器記錄小鐵球在通過兩個光電門的運(yùn)動時間t,并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h,計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v;③保持光電門1的位置不變,改變光電門2的位置,重復(fù)②的操作,測出多組(h,t),計算出對應(yīng)的平均速度v;-27-考點一考點二考點三④畫出v-t圖象。

-28-考點一考點二考點三請根據(jù)實驗,回答如下問題:(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門1時的速度為v0,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達(dá)式為

。(用v0、g和t表示)

(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表:請在圖乙坐標(biāo)紙上畫出v-t圖象。(3)根據(jù)v-t圖象,可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=

m/s2,試管夾到光電門1的距離約為

cm。(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-29-考點一考點二考點三例6現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的運(yùn)動規(guī)律。在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動的過程中,用頻閃相機(jī)拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示。拍攝時頻閃頻率是10Hz,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x,數(shù)據(jù)如下表所示。重力加速度大小g取9.80m/s2。單位:cm-30-考點一考點二考點三根據(jù)表中數(shù)據(jù),完成下列填空(1)物塊的加速度a=

m/s2(保留3位有效數(shù)字)。

(2)因為

,可知斜面是粗糙的。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-31-考點一考點二考點三特別提醒創(chuàng)新實驗題一般情景新而知識舊,因此做實驗題應(yīng)注重知識的遷移應(yīng)用,用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。對于本題來說,物理過程是舊的,但情景是新的,數(shù)據(jù)處理屬于逐差法處理紙帶問題的延伸。-32-121.在做探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗時,某同學(xué)得到一條用打點計時器打下的紙帶,并在其上取了A、B、C、D、E、F6個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點計時器打下的點,圖中沒有畫出),打點計時器接的是220V、50Hz的交流電源。他把一把毫米刻度尺放在紙帶上,其零刻度和計數(shù)點A對齊。

(1)按照有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則讀出相鄰計數(shù)點AB、BC、CD、DE、EF間的距離x1、x2、x3、x4、x5,它們依次為

cm、

cm、

cm、

cm、

cm。

-33-12(2)由以上數(shù)據(jù)可計算出打點計時器在打B、C、D、E各點時,物體的瞬時速