高三物理大一轮复习：实验一-研究匀变速直线运动

实验一研究匀变速直线运动实验目的1．练习正确使用打点计时器．2．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度．3．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v－t图象，根据图象求加速度．实验原理1.2.实验过程注意事项1．平行：纸带和细绳要和木板平行．2．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带．3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞．4．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．5．纸带选取选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点．6．准确作图在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧．热点一刻度尺的读数【典例1】如图1所示，用毫米刻度尺测量纸带中的计数点0、1之间的距离为________mm,0、2之间的距离为________mm,2、3之间的距离为________mm.图1解析毫米刻度尺的最小刻度为1mm，读数时要估读到毫米的下一位．计数点0、1之间的距离为8.9mm(9.0mm也可)，若读成8.90mm或9mm都是错误的；0、2之间的距离为19.5mm,2、3之间的距离为12.5mm(32.0mm－19.5mm)．答案8.9(9.0也可)19.512.5反思总结刻度尺的读数应注意(1)刻度尺读数时要使刻度线紧贴被测物体，眼睛正对刻度线读数．(2)毫米刻度尺的精确度为1mm，读数时要估读到最小刻度的下一位．[例2]某同学用图实－1－8所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz。在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每隔两个计时点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图实－1－9所示。图实－1－8图实－1－9该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：方法A：由g1＝s2－s1T2，g2＝s3－s2T2，……，g5＝s6－s5T2，取平均值g＝8.667m/s2；方法B：由g1＝s4－s13T2，g2＝s5－s23T2，g3＝s6－s33T2，取平均值g＝8.673m/s2。从数据处理方法看，在s1、s2、s3、s4、s5、s6中，对实验结果起作用的：方法A中有________；方法B中有________。因此，选择方法________(A或B)更合理，这样可以减少实验的________(系统或偶然)误差。本实验误差的主要来源有______________________。(试举出两条)。[解析]物体只在重力的作用下做匀加速直线运动，通过对纸带数据的处理，可以求出当地的重力加速度数值。方法A：g＝g1＋g2＋g3＋g4＋g55＝s2－s1T2＋s3－s2T2＋s4－s3T2＋s5－s4T2＋s6－s5T25＝s6－s15T2所以方法A中只有s1和s6起作用。方法B：g＝g1＋g2＋g33＝s4－s13T2＋s5－s23T2＋s6－s33T23＝s4＋s5＋s6－s1＋s2＋s39T2所以方法B中s1、s2、s3、s4、s5、s6均起作用，因此选择方法B更合理，更易减小偶然误差。本实验中误差来源较多，例如：阻力不恒定、交流电频率不稳定，长度测量不准确、数据处理方法等。[答案]s1、s6s1、s2、s3、s4、s5、s6B偶然阻力不恒定、交流电频率不稳定等[例3](2011·广东高考)图实－1－6是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点。加速度大小用a表示。图实－1－6(1)OD间的距离为________cm。(2)如图实－1－7是根据实验数据绘出的s—t2图线(s为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示________，其大小为________m/s2(保留三位有效数字)。图实－1－7[解析]由于物体做的是匀变速直线运动，所以其从某一点开始运动的位移s＝v0t＋12at2，由于s－t2图线是一条倾斜直线，因此v0＝0，则s＝a2t2，这样，我们就可以知道s－t2图的斜率为a2，通过图线可求得斜率为0.464。[答案](1)1.18～1.22(2)12a0.458～0.464反思总结：常见错误对纸带进行数据处理时，常见的错误有：(1)误认为T＝0.02s，没有注意到图中相邻计数点之间有几个点没画出．(2)没有进行单位换算，图中各数据的单位都是cm，应当换算为m.2．计算点间的距离计数点间距离的给定有两种：相邻点间距离和各计数点到O点的距离，计算时后者要先转换为前者，如框图所示．探究高考命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点．视角1实验器材的改进①为了保证小车真正做匀加速直线运动，用气垫导轨――→替代长木板②用频闪照相或光电计时――→替代打点计时器视角2在新情景下完善实验步骤及数据分析【典例3】(2013·江苏卷·11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图5所示．倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球．手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球．当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间．图5(1)在实验中，下列做法正确的有________．A．电路中的电源只能选用交流电源B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时(2)实验测得小球下落的高度H＝1.980m,10个小球下落的总时间T＝6.5s．可求出重力加速度g＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法．(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．解析根据自由落体运动的规律h＝12gt2解决问题．(1)若电源选用直流电源，电磁铁可正常工作，选项A错误；实验时小球要撞击M断开电源，因此M应在电磁铁的正下方，选项B正确；小球下落的高度为电磁铁下端到M的竖直距离与小球直径的差，选项C错误；根据H＝12gt2，t可利用累积法，即从手动敲击M的同时开始计时，测量出落下n个小球的时间T，则一个小球下落时间t＝Tn，选项D正确．(2)根据H＝12gt2和t＝Tn，解得g＝2Ht2＝2n2HT2＝2×102×1.9806.52m/s2≈9.4m/s2.(3)要减小实验误差，可以适当增大小球下落的高度，并多次测量取平均值．(4)根据题意，小球从H1、H2高处落下需要的时间t1＝T1n－Δt和t2＝T2n－Δt，根据H＝12gt2得H1＝12gT1n－Δt2和H2＝12gT2n－Δt2解得g＝2n2H1－H22T1－T22，因此可以消除Δt的影响．答案(1)BD(2)9.4(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值．(其他答案只要合理也可)(4)可以消除Δt对实验结果的影响，推导过程见解析