2020版高考物理总复习 1 第4讲 实验：研究匀变速直线运动课件 新人教版

必考部分第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第4讲实验：研究匀变速直线运动基础·全面落实考点·深度研析真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、实验目的1．练习使用打点计时器，学会用打点的纸带研究物体的运动。2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。3．会利用纸带测定匀变速直线运动的。加速度二、实验原理1．打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔s打一次点。(2)(3)纸带上点的意义①表示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间隔，可以判断物体的运动情况。2．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设x1、x2、x3…为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做运动。0．02匀变速直线3．由纸带计算某点的瞬时速度根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T来计算。4．由纸带求物体运动加速度的方法(1)逐差法：根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝，求a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度。设T为相邻两计数点之间的时间间隔，则a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，加速度的平均值为a＝a1＋a2＋a33。“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据x1、x2、x3…以减小偶然误差。3aT2(2)用v－t图象求加速度：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝xn＋xn＋12T，求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v－t图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度。三、实验器材电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。四、实验步骤1．把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，如图所示。2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，细绳与木板平行并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器(纸带要放在复写纸下面)，并把纸带的一端固定在小车的后面。3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。4．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T＝，在选好的开始点下标明A，依次标为B、C、D、E…(这些点叫做计数点)。0．1s5．一般要测出六段位移x1、x2、x3、x4、x5、x6。6．根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值，(注意T＝0．1s)求出a1、a2、a3的平均值，就是小车做匀变速直线运动的加速度。五、误差分析1．纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。2．纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。3．用作图法作出的v－t图象并不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。六、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，应作一条直线，让各点尽量落在这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．电火花计时器的工作电压为6V以下的交流电源。()2．在研究匀变速直线运动的实验中应该先释放小车后接通电源。()3．利用打点的纸带计算小车的加速度时，用“逐差法”有利于减小实验误差。()×√×1．(实验原理和操作)(多选)在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误或多余的步骤是__________。(填选项字母)A．拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码D．取下纸带E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔ACDE(1)若有遗漏步骤，将遗漏步骤写在下面的横线上。(遗漏步骤可编上序号G、H…)____________________________________________________________。(2)错误步骤改正后，实验步骤的合理顺序为__________________________。(填字母)应补充G．换上新纸带，重复操作三次。H．断开电源，整理好器材B、F、C、A、D、G、H解析A项中应先接通电源，再放开纸带。C中应调整滑轮的高度，使细绳与平板平行，D中应先断开电源，使打点计时器停止工作，E属于多余步骤。应补充G．换上新纸带，重复操作三次。H．断开电源，整理好器材。正确合理的顺序应为B、F、C、A、D、G、H。2．(数据处理)如图所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从0点开始每5个计时点取一个计数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得x1＝5．18cm，x2＝4．40cm，x3＝3．62cm，x4＝2．78cm，x5＝2．00cm，x6＝1．22cm。(1)相邻两计数点间的时间间隔为______s。(2)物体的加速度大小a＝__________m/s2，方向__________(填“A→B”或“B→A”)。(3)打点计时器打计数点3时，物体的速度大小v3＝________m/s，方向是________(填“A→B”或“B→A”)。0．10．80A→B0．32B→A解析a＝x6＋x5＋x4－x3＋x2＋x19T2＝2.78＋2.00＋1.22－5.18＋4.40＋3.629×0.12cm/s2＝－80cm/s2＝－0．80m/s2，“－”号表示加速度方向与纸带运动方向相反，即方向为A→B。v3＝x3＋x42T＝3.62＋2.782×0.1cm/s＝32．0cm/s＝0．32m/s。方向为B→A。考点·深度研析核心考点分层突破考点1数据处理和误差分析考|点|速|通1．处理数据时主要涉及两个计算：①计算某点的瞬时速度；②计算物体的加速度。计算加速度时又有两种方法：一是逐差法；二是图象法。2．本实验中参与计算的量有计数点间距和打点周期，因此误差主要来源于相邻计数点之间距离的测量和电源频率的不稳定性。典|例|微|探【例1】研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。甲乙(1)部分实验步骤如下：A．测量完毕，关闭电源，取出纸带B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是________。(填字母)(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s。(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝________。(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝______________________。DCBA0．10x4＋x52Tx4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2题|组|冲|关1．某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图，已知频闪仪每隔0．05s闪光一次，图中所标数据为实际距离。(当地重力加速度取9．8m/s2，小球质量m＝0．2kg，结果保留三位有效数字)(1)由频闪照片上的数据计算t4时刻小球的速度v4＝_____m/s。(2)小球上升的加速度大小约为a＝______m/s2。(3)对(2)的数据进行分析，可得到的结论是_______________________________。3．9810．010．0上升过程中受到空气阻力的作用解析(1)做匀变速直线运动的物体，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故t4时刻的瞬时速度等于t3～t5时间段的平均速度，即v4＝h3＋h42T＝18.66＋21.16×10－22×0.05m/s≈3．98m/s。(2)由Δx＝aT2得，小球的加速度大小为a＝h1＋h2－h3＋h44T2＝26.18＋23.68－21.16＋18.664×0.052×10－2m/s2≈10．0m/s2。(3)小球的加速度大于重力加速度，是由小球上升过程中受到空气阻力的作用造成的。2．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2．0cm、5．0cm、9．0cm、14．0cm、20．0cm。(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝__________m/s，CE间的平均速度为________m/s。0．250．45(2)以打B点时为计时起点，建立v－t坐标系，如图所示，请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线。答案(2)v－t图象如图所示。(3)根据图线可得小车运动的加速度为________m/s2。1.0答案(3)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度，即a＝0.55－0.250.3m/s2＝1．0m/s2。考点2实验的迁移、拓展和创新考|点|速|通以教材实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器等设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性的特点。如①用气垫导轨代替长木板，可以减小阻力对实验的影响；②用频闪照相机或光电计时器代替打点计时器等。典|例|微|探【例2】(多选)在暗室中用如图所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。②用频闪仪发出的闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。④采集数据进行处理。(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是_______________________________________。频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如下图，根据数据测得当地重力加速度g＝________m/s2；第8个水滴此时的速度v8＝________m/s。(结果均保留三位有效数字)(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：_____________________________________。9．722．28存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)解析实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是：频闪仪频率等于水滴滴落的频率；由Δx＝gT2和逐差法解得当地重力加速度g＝9．72m/s2；第8个水滴