2020年物理高考大一轮复习 实验1 研究匀变速直线运动课件

第一章运动的描述匀变速直线运动的研究高考总复习·物理实验一研究匀变速直线运动高考总复习·物理知识梳理·夯实基础核心考点·分层突破目录知识梳理·夯实基础︿︿一、实验目的1．练习使用打点计时器，学会用打点纸带研究物体的运动情况．2．测量匀变速直线运动的速度、加速度．二、实验器材电火花打点计时器(或电磁打点计时器、低压交流电源)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线．三、实验原理1．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体做匀变速直线运动．2．速度的求解方法用“平均速度法”求速度，即vn＝xn＋xn＋12T，如图所示．3．加速度的求解方法(1)“逐差法”求加速度，即a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，然后取平均值，即a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1－x2－x39T2.(2)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v­t图象，直线的斜率即加速度的大小．四、实验步骤1．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．2．把一条细绳拴在小车上，细绳绕过滑轮，下边挂上合适的钩码，将纸带穿过打点计时器，固定在小车的后面．实验装置如图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．3．将小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车．4．小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带．5．换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带测量分析．五、数据处理1．由实验数据得出v­t图象(1)选适当的点作计时起点，在纸带上标出计数点，用刻度尺量出各计数点到起点的距离．(2)计算各计数点的速度，填入表格，根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中描点．(3)根据描的点作一条直线，使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，如图所示．2．小车运动的速度随时间变化的规律(1)小车运动的v­t图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值Δt，速度也会增加相同的值Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化．(2)既然小车的v­t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，所以小车的速度随时间均匀变化．六、误差分析1．根据纸带测量的位移有误差．2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等．3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．4．用作图法，作出的v­t图象并不是一条直线．5．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量的平均加速度．七、注意事项1．平行：纸带、细绳要和长木板平行．2．靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．3．先后顺序：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带．4．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞．5．减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．6．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．7．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，应作一条平滑直线，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．核心考点·分层突破︿︿考点1实验原理与操作【例题1】某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度．(1)请完成以下主要实验步骤：按图甲安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物(选填“靠近”或“远离”)计时器下端；，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验．(2)图乙和丙是实验获得的两条纸带，应选取(选填“乙”或“丙”)来计算重力加速度．在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和．答案(1)靠近先接通打点计时器电源，再释放纸带(2)乙纸带与打点计时器之间有摩擦归纳总结(1)打点计时器①作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点．②工作条件电磁打点计时器：4～6V交流电源电火花打点计时器：220V交流电源(2)纸带上点的意义①反映和纸带相连的物体在不同时刻的位置．②通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况．③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．【跟踪训练1】(2018·全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间.实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂.乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子.若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为．(用L、L1和g表示)(3)已知当地的重力加速度大小为g＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm，乙的反应时间为s．(结果保留两位有效数字)(4)写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________________________________________.解析根据题述，在乙的反应时间t内，尺子下落高度h＝L－L1，由自由落体运动规律h＝12gt2，解得t＝2L－L1g.代入数据得t＝0.20s.答案(2)2L－L1g(3)0.20(4)多次测量取平均值(或初始时乙的手指尽可能接近尺子)考点2数据处理与误差分析【例题2】(2019·攀枝花二模)某实验小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他们将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带．他们在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E.测量时发现D点已模糊不清，于是他测得AB间距为5.92cm、BC间距为8.54cm，CE间距为24.94cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为m/s，小车运动的加速度大小为m/s2，CD间距应为cm.解析由题可知，每两个相邻计数点的时间间隔为T＝0.1s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则C点的速度大小等于AE的平均速度大小，故vC＝xAE4T＝5.92＋8.54＋24.940.4×10－2m/s＝0.985m/s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2，得a＝xCE－xBC－xAB4T2＝24.94－8.54－5.924×0.12×10－2m/s2＝2.62m/s2；根据匀变速直线运动的推论公式xCD－xBC＝Δx＝aT2，得xCD＝aT2＋xBC＝11.16cm.答案0.9852.6211.16【跟踪训练2】(2019·哈尔滨第六中学模拟)某研究性学习小组用如图所示装置来测定当地重力加速度，主要操作步骤如下：①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v－；③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作，测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度；④画出v－­t图象．请根据实验，回答如下问题：(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g.则小铁球通过两光电门间的平均速度v－的表达式为．(用v0、g和t表示)(2)实验测得的数据如下表：请在图中画出v－­t图象.实验次数123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(m/s)1.451.681.892.052.212.35(3)根据v­t图象，可以求得当地重力加速度g＝m/s2，小球通过光电门1时的速度为m/s.(以上结果均保留两位有效数字)解析(1)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得，小铁球通过两光电门间平均速度v－的表达式为v－＝v0＋12gt.(2)根据数据作出v－­t图象，如图所示．(3)小铁球通过两光电门间平均速度v－的表达式为v－＝v0＋12gt，所以v－­t图象的斜率表示12g，所以当地重力加速度g＝2k＝9.7m/s2，根据v－­t图象得出v0＝1.10m/s，即小球通过光电门1时的速度为1.1m/s.答案(1)v＝v0＋12gt(2)见解析图(3)9.71.1考点3实验改进与创新高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧．因此做实验题应注重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题．1．实验器材的改进及速度的测量方法(1)图甲中，由遮光片的宽度d和遮光片挡光时间Δt求速度v＝dΔt；(2)图乙中，由纸带求速度vn＝xn＋xn＋12T.2．获得加速度方法的改进长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙所示――→替代靠重物的拉力获得加速度．【例题3】(2019·河西五市一模)如图甲所示为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图，滑块上装有宽度为d(很小)的遮光条，滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间Δt以及遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则d＝cm.(2)实验时，滑块从光电门1的右侧某处由静止释放，测得Δt＝50ms，则遮光条经过光电门1时的速度v＝m/s.(3)保持其它实验条件不变，只调节光电门2的位置，滑块每次都从同一位置由静止释放，记录几组x及其对应的t，作出xt­t图象如图丙所示，其斜率为k，则滑块加速度的大小a与k关系可表达为a＝.解析(1)主尺：0.7cm，游标尺：对齐的是5，所以读数为5×0.1mm＝0.5mm＝0.05cm，故遮光条的宽度d＝0.75cm.(2)滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，则滑块经过光电门时的速度为v＝dΔt＝0.75×10－250×10－3m/s＝0.15m/s.(3)据vt2＝v－＝xt及vt2＝v1＋a·t2得xt­t图象的斜率k＝a2，解得a＝2k.答案(1)0.75(2)0.15(3)2k【跟踪训练3】(2018·北京卷)用如图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．主要实验步骤如下：a．安装好实验器材.接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F……所示．c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5…….d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图丙所示．结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有(填选项前的字母)．A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v­t图象．(3)观察v­t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是．v­t图象斜率的物理意义是．(4)描绘v­t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动.用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差．(选填“有关”或“无关”)解析(1)打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度，故需要的仪器选AC.(2)利用所给点迹描点连线得图象，其中C点的横坐标为3