(精品)9.测定匀变速直线运动的加速度

,第一章,运动的描述匀变速直线运动,实验一速度随时间变化的规律,大一轮复习讲义,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,回扣,基础知识,训练,基础题目,细,研考纲和真题 分析突破命题点,随,堂测试,随堂,检测,检测课堂学习效果,过好双基关,1.,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，会根据图象求加速度,.,2.,实验原理,打点,计时器是,测量,的,仪器，通过纸带记录了物体,的,过程,.,打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器，如图,1,甲、乙所示,.,打点计时器使用的是,50 Hz,的,电流,，每,隔,s,打一次点；电磁打点计时器使用的电压,是,电源,，电火花计时器使用的,是,电源,.,运动,图,1,时间,交变,0.02,4,6 V,交流,220 V,交流,3.,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,、,、,导线、电源、复写纸,.,刻度尺,图,2,4.,实验步骤,(1),按照如图,2,所示实验装置，把打点计时器固定在长,木板,的,一端，接好电源；,(2),把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；,(3),把小车停靠在打点计时器处，,先,，后,；,(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进行测量分析,.,无滑轮,接通电源,放开小车,5.,注意事项,(1),平行：纸带、细绳要和长木板平行,.,(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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞,.,(4),减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约,50 cm,的纸带上清楚地选取,6,7,个计数点为宜,.,6.,数据处理,(1),目的,通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等,.,(2),方法,分析物体的运动性质,测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质,.,利用逐差法求解平均加速度,利用速度,时间图象求加速度,.,a.,作出速度,时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；,b.,剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度,.,7.,依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动,(1),x,1,、,x,2,、,x,3,x,n,是相邻两计数点间的距离,.,(2),x,是两个连续相等的时间间隔内的位移差：,x,1,x,2,x,1,，,x,2,x,3,x,2,.,(3),T,是相邻两计数点间的时间间隔：,T,0.02,n,(,打点计时器的频率为,50 Hz,，,n,为两计数点间计时点的间隔数,).,(4),x,aT,2,，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等,.,研透命题点,例,1,(2018,盐城市期中,),为了,“,探究物体运动速度随时间的变化规律,”,，某同学采用了如图,3,甲所示的实验装置,.,(1),完成该实验是否需要平衡小车与木板间的摩擦力,(,选填,“,需要,”,或,“,不需要,”,),；,命题点一教材原型实验,不,需要,(2),完成该实验是否需要满足砝码质量远小于小车质量,(,选填,“,需要,”,或,“,不需要,”,),；,不需要,图,3,(3),从图乙纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间,t,与速度,v,的数据如下表所示，其中,F,点速度为,v,F,m/s,；,0.29,时间,t,/s,0,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,速度,v,/(ms,1,),0.12,0.17,0.23,0.27,0.28,v,F,解析,根据这段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，,(4),请根据表中的实验数据在图丙中作出小车的,v,t,图象,.,解析,利用描点法可画出,v,t,图象如图所示,答案,见解析图,变式,1,(2018,泰州中学四模,),某小组用图,4,甲所示器材测量重力加速度的大小,.,实验器材由底座带有标尺的竖直杆、光电计时器,A,和,B,、钢制小球和网兜组成,.,通过测量小球在,A,、,B,间不同位移时的平均速度，求重力加速度,.,(1),实验时，应先,(,选填,“,释放小球,”,或,“,接通光电计时器,”,),；,图,4,接通光电计时器,(2),实验中保持,A,不动，沿,杆向下移动,B,，测量,A,、,B,之间的距离,h,及钢球经过该距离所用时间,t,，经多次实验绘,出,与,t,关系图象如图乙所示,.,由图可知，重力加速度,g,与图象的斜率,k,的关系为,g,，重力加速度的大小为,m/s,2,；,2,k,9.67(9.60,9.80),(3),若另一小组用同样的实验装置，保持,B,不动，沿杆向上移动,A,，则,(,选填,“,能,”,或,“,不能,”,),通过上述方法测得重力加速度的大小：,解析,如果保持,B,不动，设钢球由静止到,B,的时间为,T,0,，则该时间也是可以在计算的过程中约去的，所以这种方法也可以测得重力加速度,.,能,(4),为减小重力加速度的测量误差，可采用哪些方法？,(,提出一条即可,),解析,为了减小误差，可以使,AB,间距离尽可能大、钢球体积尽可能小等,.,答案,AB,间距离尽可能大、钢球体积尽可能小等,从原理迁移和数据处理技巧上进行创新,1.,复习启示,高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景,.,因此，要在夯实基础实验的基础上注意迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题,.,命题点二实验拓展与创新,2.,情景拓展,3.,数据处理,(1),加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度,长木板倾斜靠重力获得加速度,.,(2),速度的测量方法：由打点纸带求速度,测定遮光片的宽度,d,和遮光片通过光电门的挡光时间,t,，由,v,求,速度,.,(3),加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度,利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系式求加速度,.,例,2,(2018,江苏卷,11),某同学利用如图,5,所示的实验装置来测量重力加速度,g,.,细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为,M,的重锤,.,实验操作如下：,用米尺量出重锤,1,底端距地面的高度,H,；,在重锤,1,上加上质量为,m,的小钩码；,左手将重锤,2,压在地面上，保持系统静止,.,释放重锤,2,，同,时,右手开启秒表，在重锤,1,落地时停止计时，记录下落时间；,重复测量,3,次下落时间，取其平均值作为测量值,t,.,图,5,请回答下列问题：,(1),步骤,可以减小对下落时间,t,测量的,(,选填,“,偶然,”,或,“,系统,”,),误差,.,解析,对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差,.,偶然,(2),实验要求小钩码,的质量,m,要比重锤的质量,M,小很多，主要是为了,.,A.,使,H,测得更准确,B.,使重锤,1,下落的时间长一些,C.,使系统的总质量近似等于,2,M,D.,使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等,B,解析,设系统运动的加速度为,a,，则根据牛顿第二定律得,(,M,m,),g,Mg,(2,M,m,),a,在,H,一定时，,a,越小，则,t,越长，这时测量出时间,t,的误差相对越小,.,因此实验要求小钩码的质量,m,要比重锤的质量,M,小很多，主要是为了使重锤,1,下落的时间长一些，选项,B,正确,.,(3),滑轮的摩擦阻力会引起实验误差,.,现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做,.,解析,由于摩擦阻力的影响，会产生系统误差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法为在重锤,1,上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量使轻拉重锤,1,时能观察到其匀速下落,.,在重锤,1,上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤,1,能观察到其匀速下落,(4),使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为,m,0,.,用,实验中的测量量和已知量表示,g,，得,g,.,解析,根据牛顿第二定律得,(,M,m,),g,Mg,(2,M,m,m,0,),a,变式,2,(2017,全国卷,22),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,6(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,6,个水滴的位置,.(,已知滴水计时器每,30 s,内共滴下,46,个小水滴,),(1),由图,(b),可知，小车在桌面上是,(,填,“,从右向左,”,或,“,从左向右,”,),运动的,.,图,6,解析,小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图,(b),知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动的,.,从右向左,(2),该,小组同学根据图,(b),的数据判断出小车做匀变速运动,.,小车运动到图,(b),中,A,点位置时的速度大小为,m,/s,，加速度大小为,m/,s,2,.(,结果均保留,2,位有效数字,),解析,已知滴水计时器每,30 s,内共滴下,46,个小水滴，,0.19,0.038,解得,a,0.038 m,/,s,2,，因此加速度的大小为,0.038 m/s,2,.,变式,3,(2018,海安中学月考,),某同学用图,7,甲所示的实验装置研究小车在斜面上的运动，实验中使用的电磁打点计时器的打点周期为,T,，他的实验步骤如下：,按图甲安装好实验器材；,让拖着纸带的小车沿平板斜面开始向下运动，接通电源，重复几次；,选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始比较密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点,，,如,图乙中,0,、,1,、,2,、,、,6,点所示；,测量相邻两个计数点之间的距离,，,分别,记作,x,1,、,x,2,、,x,3,、,、,x,6,；,通过测量和计算，判断出小车沿平板斜面做匀变速直线运动,.,图,7,(1),在甲图中，明显存在的问题是,；电源应该接,(,选填,“,直流,”,或,“,交流,”,),电源；实验操作过程中明显的错误是,_,.,小车离打点计时器太,远,解析,在题图甲中，明显存在的问题是小车离打点计时器太远；电源应该接,4,6 V,低压交流电源，实验操作过程中明显的错误是实验步骤,，应该是先接通电源后释放小车,.,步骤,：应该先,接通,交流,电源,后释放小车,(2),若实验装置安装和操作过程完全正确，利用该同学测量的数据可以得到,小车,的,加速度，计算加速度的表达式是,a,；,解析,根据匀变速直线运动的推论公式,x,aT,2,可以求出加速度的大小,，得,：,x,4,x,1,3,a,1,(2,T,),2,，,x,5,x,2,3,a,2,(2,T,),2,，,x,6,x,3,3,a,3,(2,T,),2,，,为了,更加准确的求解加速度，对三个加速度取平均值得：,(3),若该同学在实验中用量角器还测出了平板斜面的倾角,，且已知当地的重力加速度为,g,，则在以下物理量中，还能计算出,(,填字母序号,).,A.,小车的,质量,B,.,小车与平板斜面之间的动摩擦因数,C.,小车到达斜面底端时的,动能,D,.,小车滑下过程中损失的机械能,B,解析,小车在斜面上受重力、支持力和摩擦力,.,根据牛顿第二定律得：,mg,sin,mg,cos,ma,，即可求出小车与平板斜面之间的动摩擦因数，但不能计算小车的质量，故,B,正确，,A,错误,；,不知道,斜面的长度，所以无法测出小车到达斜面底端时的速度，又小车的,质量,未,知,，故无法求出小车到达斜面底端时的动能，故,C,错误,；,由于,斜面的长度未知