高考物理一轮精细复习 （必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）实验《 研究匀变速直线运动》》课件

一、实验目的一、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。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掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(xaT2)。 (3)测定匀变速直线运动的加速度。测定匀变速直线运动的加速度。超链接超链接 二、实验原理二、实验原理 1打点计时器打点计时器 (1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f50 Hz时，每隔时，每隔0.02 s打一次点。打一次点。 2处理纸带数据时区分计时点和计数点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，要注意量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每每5个点取一个计个点取一个计数点数点”与与“每隔每隔4个点取一个计数点个点取一个计数点”取点方法是一样的。取点方法是一样的。 3判断物体的运动是否为匀变速直线运动的方法判断物体的运动是否为匀变速直线运动的方法 (1)沿直线运动的物体在连续相等时间沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为内的位移分别为x1、x2、x3、x4、，若，若xx2x1x3x2x4x3，则说明，则说明物体在做匀变速直线运动，且物体在做匀变速直线运动，且xaT2。图实图实11 三、实验器材三、实验器材 电火花计时器电火花计时器(或电磁打点计时器或电磁打点计时器)，一端附有定，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。导线、电源、复写纸片。 四、实验步骤四、实验步骤 1仪器安装仪器安装 (1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑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。的一端，连接好电路。 (2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图实端固定在小车的后面。实验装置见图实12所示，放所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。图实图实12 2测量与记录测量与记录 (1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，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，换上新纸带，重复三次。系列的点，换上新纸带，重复三次。 (2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即位，即T0.1 s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中。的距离，并填入设计的表格中。 (3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。 (4)增减所挂钩码数，再重复实验两次。增减所挂钩码数，再重复实验两次。 1由实验数据得出由实验数据得出vt图象图象 (1)根据表格中的根据表格中的v、t数据，在直角坐数据，在直角坐标系中仔细描点。标系中仔细描点。 (2)作一条直线，使同一次实验得到的作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀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，这条直线就是本次实验的分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图线，图线，它是一条倾斜的直线，如图实它是一条倾斜的直线，如图实13所示。所示。 五、数据处理五、数据处理图实图实13图实图实14 六、注意事项六、注意事项 (1)纸带和细绳要和木板平行，小车运动要平稳。纸带和细绳要和木板平行，小车运动要平稳。 (2)实验中应先接通电源，后让小车运动；实验后应实验中应先接通电源，后让小车运动；实验后应先断开电源后取纸带。先断开电源后取纸带。 (3)要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。 (4)小车的加速度适当大些可以减小长度的测量误差，小车的加速度适当大些可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地打出的纸带上清楚地打出67个计个计数点为宜。数点为宜。 七、误差分析七、误差分析 (1)根据纸带测量的位移有误差。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电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。全相等。 (3)纸带运动时打点不稳定引起测量误差。纸带运动时打点不稳定引起测量误差。 (4)用作图法，作出的用作图法，作出的vt图象并不是一条直线。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段的平均加速度。加速度只能是所测量段的平均加速度。实验原理与操作实验原理与操作 例例1在做在做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验时，为的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：字母填在横线上：_。 A把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面出桌面 B把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路连接好电路 C再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车 D把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面车的后面 E把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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，换上新纸带，重复三次打下一系列的点，换上新纸带，重复三次 F从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间单位。在选好的开始点下并把每打五个点的时间作为时间单位。在选好的开始点下面记作面记作0，往后第六个点作为计数点，往后第六个点作为计数点1，依此标出计数点，依此标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两点间的距离，并测算出相邻两点间的距离 解析解析在实验中尽可能地保证小车做匀变速直线运在实验中尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差。其中况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差。其中E项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源。项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源。 答案答案ABCDFG题组演练题组演练1“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计的实验中，使用电磁打点计时时 器器(所用交流电的频率为所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图实，得到如图实15所所 示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有 四个点未画出来，下列表述正确的是四个点未画出来，下列表述正确的是 ()图实图实15A实验时应先放开纸带再接通电源实验时应先放开纸带再接通电源B(x6x1)等于等于(x2x1)的的6倍倍C从纸带可求出计数点从纸带可求出计数点B对应的速率对应的速率D相邻两个计数点间的时间间隔为相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s答案：答案：C2(2012咸阳模拟咸阳模拟)在在“测定匀变速直线运动加速度测定匀变速直线运动加速度”的的实实验中：验中： (1)除打点计时器除打点计时器(含纸带、复写纸含纸带、复写纸)、小车、一端附有、小车、一端附有 滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面 的仪器和器材中，必须使用的有的仪器和器材中，必须使用的有_。(填选项代填选项代 号号) A电压合适的电压合适的50 Hz交流电源交流电源 B电压可调的直流电源电压可调的直流电源 C刻度尺刻度尺 D秒表秒表 E天平天平(2)实验过程中，下列做法正确的是实验过程中，下列做法正确的是_。A先接通电源，再使纸带运动先接通电源，再使纸带运动B先使纸带运动，再接通电源先使纸带运动，再接通电源C将接好纸带的小车停在靠近滑轮处将接好纸带的小车停在靠近滑轮处D将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处(3)如图实如图实16所示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的所示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有两计数点间都有4个点未画出，按时间顺序取个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共共7个计数点，测出个计数点，测出1、2、3、4、5、6点到点到0点的距离，如图所示点的距离，如图所示(单位：单位：cm)。由纸带数据计算可得计数点。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小所代表时刻的瞬时速度大小v4_ m/s，小车的加速度大小为，小车的加速度大小为_ m/s2。(保留保留2位有效数位有效数字字)图实图实16答案：答案：(1)AC(2)AD(3)0.410.76数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例例2在做在做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中：的实验中： (1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附实验室提供了以下器材：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、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、弹簧测力计。其中在本实验导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是中不需要的器材是_。 (2)如图实如图实17所示，是某同学由打点计时器得到所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔隔T0.02 s，其中，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm。图实图实17 下表列出了打点计时器打下下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车两点时小车的瞬时速度。的瞬时速度。位置位置BCDEF速度速度(ms1)0.7370.8010.994 (3)以以A点为计时起点，在坐标图实点为计时起点，在坐标图实18中画出小中画出小车的速度时间关系图线。车的速度时间关系图线。图实图实18 (4)根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的小车的加速度小车的加速度a_ m/s2。 (3)小车的速度小车的速度时间关系图线如时间关系图线如图实图实19所示。所示。图实图实19 答案答案(1)弹簧测力计弹簧测力计(2)0.8640.928(3)见解析见解析图图(4)(0.640.01)题组演练题组演练3小球做匀变速直线运动时的频闪照片如图实小球做匀变速直线运动时的频闪照片如图实110所所 示，已知频闪周期示，已知频闪周期T0.1 s，小球相邻位置间距分别，小球相邻位置间距分别 为为OA6.51 cm，AB5.59 cm，BC4.70 cm，CD 3.80 cm，DE2.89 cm，EF2.00 cm。小球在位置。小球在位置A 时的速度大小时的速度大小vA_ m/s。小球运动的加速度大小。小球运动的加速度大小a _ m/s2。(保留两位小数保留两位小数)图实图实110答案：答案：0.610.904如图实如图实111所示为一次记录小车运动情况的纸所示为一次记录小车运动情况的纸 带，带， 图中图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，为相邻的计数点， 相邻计数点的时间间隔相邻计数点的时间间隔T0.1 s。图实图实111图实图实112(2)将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是_ cm/s，此，此速度的物理意义是速度的物理意义是_。(3)小车的加速度大小是小车的加速度大小是_。答案：答案：(1)见解析见解析(2)11.60(11.3011.60均对均对)表示表示A点的点的瞬时速度瞬时速度(3)0.5 m/s2实验的改进与创新实验的改进与创新 例例3(2012山东高考山东高考)某同学利用图实某同学利用图实113所示所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上离停在桌面上(尚未到达滑轮处尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始，每从纸带上便于测量的点开始，每5个点取个点取1个计数点，相邻计数点个计数点，相邻计数点间的距离如图实间的距离如图实114所示。所示。打点计时器电源的频率为打点计时器电源的频率为50 Hz。 图实图实113图实图实114答案答案(1)67(或或76)(2)1.001.20(3)2.00 偏大偏大 一、本题创新点分析一、本题创新点分析 1.源于教材源于教材本例中的实验器材、实验原理及利本例中的实验器材、实验原理及利用纸带求速度、加速度的方法与教材实验是相同的。用纸带求速度、加速度的方法与教材实验是相同的。 2.高于教材高于教材本例中因计数点本例中因计数点6位于物体从加速到位于物体从加速到减速转折的边缘，因此计数点减速转折的边缘，因此计数点6的速度不能采用求平均速的速度不能采用求平均速度的方法直接计算，另外本例中还指出了一种测量物体度的方法直接计算，另外本例中还指出了一种测量物体间动摩擦因数的方法。间动摩擦因数的方法。 二、本实验还可以从以下方面进行改进创新二、本实验还可以从以下方面进行改进创新 (一一)实验器材的创新实验器材的创新 2.如果提供闪光照相机和刻度尺，我们可以用处理纸如果提供闪光照相机和刻度尺，我们可以用处理纸带的方法，求出物体的瞬时速度及物体的加速度。带的方法，求出物体的瞬时速度及物体的加速度。 (二二)数据处理数据处理 如果测得物体运动的位移和对应时间。如果测得物体运动的位移和对应时间。题组演练题组演练5某同学为估测摩托车在水泥路面上行驶时所受的牵引某同学为估测摩托车在水泥路面上行驶时所受的牵引 力，设计了下述实验：将输液用的力，设计了下述实验：将输液用的500 mL玻璃瓶装适量玻璃瓶装适量 水后，连同输液管一起绑在摩托车上，调节输液管的滴水后，连同输液管一起绑在摩托车上，调节输液管的滴 水速度，刚好每隔水速度，刚好每隔1.0 s滴一滴，该同学骑摩托车，先使滴一滴，该同学骑摩托车，先使 之加速到某一速度，然后熄火，保持摩托车沿直线滑之加速到某一速度，然后熄火，保持摩托车沿直线滑 行，图实行，图实 115是某次实验中水泥路面上的部分水滴是某次实验中水泥路面上的部分水滴 (左侧是起点左侧是起点)。设该同学质量为。设该同学质量为50 kg，摩托车的质量为，摩托车的质量为 75 kg(g10m/s2)，根据该同学的实验结果可估算，根据该同学的实验结果可估算(图中图中 长度单位：长度单位：m)：图实图实115(1)骑摩托车行驶至骑摩托车行驶至D点时的速度大小为点时的速度大小为_ m/s；(2)骑摩托车加速时的加速度大小为骑摩托车加速时的加速度大小为_ m/s2；(3)骑摩托车加速时的牵引力大小为骑摩托车加速时的牵引力大小为_ N。答案：答案：(1)14.0(2)3.79(3)497.56图实图实116是是“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”实验中获得实验中获得的的 一条纸带，一条纸带，O、A、B、C、D和和 E 为纸带上六个计数为纸带上六个计数 点。加速度大小用点。加速度大小用 a 表示。表示。图实图实116(1)OD 间的距离为间的距离为_cm。(2)如图实如图实117是根据实验数据绘出的是根据实验数据绘出的 xt2 图线图线(x为为 各计数点至同一起点的距离各计数点至同一起点的距离)，斜率表示，斜率表示_，其大，其大小为小为_ m/s2(保留三位有效数字保留三位有效数字)。图实图实1177.利用图实利用图实118所示的装置可测量滑所示的装置可测量滑 块在斜面上运动的速度。一斜面上安块在斜面上运动的速度。一斜面上安 装有两个光电门，其中光电门乙固定装有两个光电门，其中光电门乙固定 在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动。当一带有在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动。当一带有 遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的 计时器可以显示出遮光片从光电门甲滑至乙所用的时间计时器可以显示出遮光片从光电门甲滑至乙所用的时间t。 改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一 点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x， 记下相应的记下相应的t值，所得数据如下表所示。值，所得数据如下表所示。图实图实118x(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4x/t(ms1)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作图：完成下列填空和作图：(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值、测量值x和和t四个物四个物理量之间所满足的关系式是理量之间所满足的关系式是_；图实图实119(3)2.0(或在或在1.82.2范围内范围内)