2020版高考物理一轮复习 第1章 实验1 研究匀变速直线运动课件 新人教版

第一章运动的描述匀变速直线运动实验一研究匀变速直线运动栏目导航考点二考点一0102考点三031．实验目的(1)练习正确使用打点计时器，学会利用打上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(Δx＝aT2)。(3)测定匀变速直线运动的加速度。2．实验原理(1)打点计时器①作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50Hz时，每隔0.02s打一次点。②工作条件电磁打点计时器：4～6V交流电源电火花计时器：220V交流电源③处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1s。(2)匀变速直线运动的判断①沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2。②利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v­t图象。若v­t图象是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。3．实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片。4．实验步骤(1)把带有滑轮的长木板平放在实验桌上(如图所示)。(2)把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔。(3)将小车停在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码。(4)先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源。(5)换上新的纸带，重复实验两次。5．数据处理(1)计算速度根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，求各计数点瞬时速度：vA＝x1＋x22T，vB＝x2＋x32T，vC＝x3＋x42T等。(2)作v­t图象建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，根据数据描点。画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去。(3)计算加速度方法一：根据a＝ΔvΔt，先求出各点的速度，作出v­t图象，计算图线的斜率即加速度。方法二：根据a＝ΔxT2，将纸带数据分成时间相等的两大段，设图中相邻计数点的时间间隔是T，则a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x33T2。6．注意事项(1)使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上。(2)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。(3)先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源。(4)实验时要防止钩码落地，小车与滑轮碰撞。(5)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)在画图象时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积上。使图象中的点尽量均匀分布在图线两侧。考点一实验原理与操作1．打点计时器要求：电磁打点计时器用“4～6V,50Hz”交流电源，电火花计时器用“220V,50Hz”交流电源。2．本实验操作顺序提示：木板—计时器—小车—通电—断电。3．考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带。[考点对练]1．在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；D．小车停止运动后，直接取下纸带；E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；F．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理。其中错误或遗漏的步骤有：(1)__________________________________________________；(2)__________________________________________________。将以上步骤完善后，其合理的顺序为_________________________________________________________________________。解析：实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步骤是A、D。该实验步骤中合理的顺序为BECADF。答案：(1)A中应先接通电源，再放开纸带(2)D中取纸带前应先断开电源BECADF2．某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。甲乙实验步骤如下：A．安装好实验器材；B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；C．测出x1、x2、x3、…。结合上述实验步骤，请完成下列问题：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________。(填选项代号)A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．秒表D．刻度尺E．天平F．重锤G．弹簧测力计H．滑动变阻器(2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是T，则打c点时小车的速度大小是________。解析：(1)由实验原理及打点计时器使用方法知，必须使用的有电压合适的50Hz交流电源，即A；刻度尺用于测量纸带上计数点间的距离，即D。(2)因小车做匀加速直线运动，所以x3－x2＝x2－x1，即2x2＝x1＋x3。c点是bd段的时间中点，则打c点小车的速度等于该段的平均速度，vc＝x2＋x310T。答案：(1)AD(2)x3－x2＝x2－x1(或2x2＝x1＋x3)x2＋x310T数据处理及误差分析点二考1．计算时应注意的问题(1)时间间隔：“相邻两个计数点间有4个点”或“每5个点取1个计数点”的含义：相邻计数点间的时间间隔为0.1s。(2)单位换算：本实验长度测量数据一般是“厘米”，要换算成“米”。(3)有效数字：按有效数字的要求取计算结果。2．减小实验误差的措施(1)舍弃点密集部分，适当选取计数点。(2)多测几组数据，用尽量多的数据计算。(3)将纸带分成等时的两大段处理，与逐差法取平均值结果相同。(4)作v­t图象时，要适当选取坐标轴的单位长度，使图象分布在坐标平面尽量大的面积上。[考点对练]1．某同学利用图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。甲(1)实验中，必需的措施是________。A．细线必须与长木板平行B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm。则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果均保留2位有效数字)乙解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项A正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，选项B正确；本题中只要保证小车做匀变速运动即可，无须保证小车质量远大于钩码的质量，选项C错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无须平衡摩擦力，选项D错误。故必需的措施是A、B选项。(2)由s4－s1＝3aT2、s5－s2＝3aT2、s6－s3＝3aT2知加速度a＝s4＋s5＋s6－s1－s2－s39T2＝0.80m/s2打B点时小车的速度vB＝s1＋s22T＝0.40m/s。答案：(1)AB(2)0.800.402．(2019·邯郸模拟)某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是50Hz，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作O，再依次选6个点作为计数点，分别标以A、B、C、D、E和F，如图甲所示。甲乙(1)由实际的纸带测得C、D两点相距2.70cm，D、E两点相距2.90cm，则在打D点时小车的速度是________m/s。(2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在v­t坐标系中描好点，请在图乙中作出小车的v­t图象，并求出小车的加速度a＝________m/s2。解析：(1)vD＝|CD|＋|DE|2T＝1.4m/s。(2)v­t图象如图所示。由图象的斜率知a＝ΔvΔt＝5m/s2。答案：(1)1.4(2)如图所示53．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T＝0.02s的交流电源。他经过测量并计算得到打点计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：速度/(m·s－1)0.1220.1640.2050.2500.289对应点BCDEF(1)计算vF的公式为vF＝________(用已知量字母表示)。(2)根据表中记录的数据，以A点对应的时刻为t＝0，可作出v­t图象，并求物体的加速度a＝________m/s2。(3)如果当时电网中交变电流的频率是f＝51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析：(1)每相邻两个计数点间还有4个点，故相邻的计数点之间的时间间隔为t＝5T＝0.1s。利用匀变速直线运动的推论得vF＝xEG2t＝d6－d410T。(2)作出v­t图象(图象略)，根据图线斜率可解得a＝ΔvΔt≈0.42m/s2。(3)如果在某次实验中，交流电的频率为51Hz50Hz，则实际打点周期变小，由Δx＝at2得，加速度的测量值与实际值相比偏小。答案：(1)d6－d410T(2)0.42(3)偏小考点三实验拓展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。常见创新视角实验器材的替代(1)光电门与计时器相连可以测出物块通过光电门的时间Δt，由于Δt很短，从而可用v＝dΔt求出物块通过光电门的瞬时速度(2)两光电门同时与计时器相连，可测出物块在两光电门间运动的时间常见创新视角获得加速度的方法改进甲乙增大长木板倾斜角或在斜面上完成实验，利用重力获得加速度，如图甲、乙所示常见创新视角数据处理的创新(1)利用物块分别经过两个光电门的时间Δt1和Δt2，确定物块经过它们的速度，v1＝dΔt1，v2＝dΔt2，利用v2－v1＝at即可求加速度a的大小(2)利用xt＝v0＋12at，做出xt­t图线，可由k＝a2确定加速度a的大小[考点对练]1.一个同学在研究小球自由落体运动时，用闪频照相连续记录下小球的位置如图所示，已知闪光周期为130s，测得x1＝7.68cm，x3＝12.00cm，通过计算可得小球运动的加速度是________m/s2，图中x2是________cm。(结果保留3位有效数字)解析：根据逐差法可得a＝x3－x22T2，a＝x2－x12T2，相加可得a＝x3－x14T2＝9.72m/s2，根据a＝x2－x12T2得x2＝9.84cm。答案：9.729.842.(2017·全国卷Ⅰ)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每