物理第一章 質點的直線運動 實驗1 研究勻變速直線運動 新人教版

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1、實驗1研究勻變速直線運動-2-一、實驗目的練習使用打點計時器,學會通過紙帶上的點研究物體的運動情況。二、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片。-3-三、實驗原理1.打點計時器原理2.用“平均速度法”求速度-4-3.加速度的求解方法 (2)圖象法:v-t圖象的斜率即為加速度。 -5-四、實驗步驟1.安裝實驗裝置2.如圖所示把一條細繩拴在小車上,細繩繞過滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,將紙帶穿過打點計時器,固定在小車的后面。3.把小車停在靠近打點計時器處,先接通電源,后放開小車。換上新紙帶,重復三次。-6-五、數據處理1.由

2、實驗數據得出v-t圖象(1)選擇一條比較理想的紙帶,確定好計數點。(2)求各計數點的瞬時速度填入表格中。(3)根據表格中的v、t數據,在直角坐標系中描點。(4)根據描點作一條直線。-7-2.小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律(1)小車運動的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,可以得出結論:小車的速度隨時間均勻變化。(2)既然小車的v-t圖象是一條傾斜的直線,那么小車的速度隨時間均勻變化。-8-六、注意事項1.平行:紙帶、細繩要和長木板平行。2.靠近:釋放小車前,應使小車停在靠近打點計時器的位置。3.先后順序:實驗時應先接通電源,后釋放小車;一次實驗結束時先斷開電源,后取下紙帶。4.防止碰撞:在到

3、達長木板末端前應讓小車停止運動,防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞。5.準確作圖。七、誤差分析1.紙帶運動時摩擦不均勻,打點不穩(wěn)定引起誤差。2.計數點間距測量有偶然誤差。3.作圖有誤差。-9-命題點一命題點二教材原型實驗教材原型實驗例1(2016天津卷)某同學利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中,必要的措施是。 A.細線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質量遠大于鉤碼的質量D.平衡小車與長木板間的摩擦力-10-命題點一命題點二(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數點如圖所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點,圖中未畫出)。s

4、1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm,s5=6.78 cm,s6=7.64 cm。則小車的加速度a=m/s2(要求充分利用測量的數據),打點計時器在打B點時小車的速度vB=m/s。(結果均保留兩位有效數字)-11-命題點一命題點二答案:(1)AB(2)0.800.40解析:由于相鄰兩個計數點之間還有4個點沒有畫出,故T=50.02 s=0.10 s,思維點撥注意不要把此實驗與驗證牛頓第二定律的實驗相混淆;在驗證牛頓第二定律的實驗中,要求小車的質量遠大于鉤碼的質量和平衡小車與長木板間的摩擦力,但在此實驗中是不必要的。-12-命題點一命題點二創(chuàng)新實驗

5、創(chuàng)新實驗高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材,即所謂情境新而知識舊。因此做實驗題應注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng),用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。1.實驗器材的改進及速度的測量方法-13-命題點一命題點二2.獲得加速度方法的改進長木板傾斜靠重力獲得加速度,如圖甲、乙所示 靠重物的拉力獲得加速度。-14-命題點一命題點二例2(2017全國卷)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。-15-命題點一命題點二實驗步驟如下:如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下擋光片前端相對于斜面

6、的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;當滑塊上的擋光片經過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t;將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復步驟、;多次重復步驟;-16-命題點一命題點二-17-命題點一命題點二完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,則 與vA、a和t的關系式為=。 (2)由圖(c)可求得,vA= cm/s,a= cm/s2。(結果保留3位有效數字)解析:(1)擋光片固定在滑塊上,滑塊和擋光片的速度相等,一起在固定斜面上做勻加速直線運動,滑塊在擋光片遮住光線的t

7、時間內-18-命題點一命題點二思維點撥(1)根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出擋光片通過光電門過程中中間時刻的瞬時速度,結合時間公式求出 與vA、a和t的關系式。(2)結合 與vA、a和t的關系式,通過圖線的斜率和截距求出vA和加速度的大小。-19-命題點一命題點二例3(2017全國卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小

8、水滴)-20-命題點一命題點二(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。 (2)該小組同學根據圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為 m/s,加速度大小為 m/s2。(結果均保留2位有效數字)答案:(1)從右向左(2)0.190.037解析:(1)輕推小車,由于阻力小車做減速運動,相同時間內位移逐漸減小,故小車由右向左運動。-21-命題點一命題點二思維點撥依據小車用手輕推一下,則做減速運動,結合各點間距,即可判定運動方向;根據勻變速直線運動的推論公式x=aT2可以求出加速度的大小,根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于

9、該過程中的平均速度,可以求出打紙帶上A點時小車的瞬時速度大小。-22-命題點一命題點二例4在暗室中用如圖所示裝置做測定重力加速度的實驗。 -23-命題點一命題點二實驗器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根帶熒光刻度的米尺、頻閃儀。具體實驗步驟如下:在漏斗內盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會以一定的頻率一滴滴地落下用頻閃儀發(fā)出的閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度采集數據進行處理(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是 。 -24-命題點一命題點二(2)

10、實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz,某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如下圖,根據數據測得當地重力加速度g= m/s2;第8個水滴此時的速度v8= m/s(結果均保留三位有效數字)。 (3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可): 。 -25-命題點一命題點二提示:頻閃的周期與相鄰兩滴水滴之間的時間間隔相等。答案:(1)頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率(2)9.722.28(3)存在空氣阻力(或水滴滴落的頻率變化)解析:實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率;由x=gT2和逐差法解得當地重力加速度g=

11、9.72 m/s2;該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有存在空氣阻力,水滴滴落的頻率變化等。思維點撥實驗步驟中“由大到小逐漸調節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴”說明了什么呢?-26-1.(2016海南卷)某同學利用圖(a)所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上,細繩的一端與物塊相連,另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端,所用交流電源頻率為50 Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器,釋放物塊,物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)。-27-根據實驗數據分析,該同學認為物塊的運動為勻加速

12、運動?；卮鹣铝袉栴}:(1)在打點計時器打出B點時,物塊的速度大小為 m/s。在打出D點時,物塊的速度大小為 m/s;(保留兩位有效數字)(2)物塊的加速度大小為 m/s2。(保留兩位有效數字)答案:(1)0.560.96(2)2.0 -28-2.(2017蘇錫常鎮(zhèn)四市調研)某研究性學習小組用圖甲裝置來測定當地重力加速度,主要操作如下安裝實驗器材,調節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上;打開試管夾,由靜止釋放小鐵球,光電計時器記錄小鐵球在通過兩個光電門的運動時間t,并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h,計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v;保持光電門1的位置不變,改變

13、光電門2的位置,重復的操作,測出多組(h,t),計算出對應的平均速度v;-29-畫出v-t圖象。 甲 乙 -30-請根據實驗,回答如下問題:(1)設小鐵球到達光電門1時的速度為v0,當地的重力加速度為g,則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達式為。(用v0、g和t表示)(2)實驗測得的數據如下表:請在圖乙坐標紙上畫出v-t圖象。 -31-(3)根據v-t圖象,可以求得當地重力加速度g= m/s2,試管夾到光電門1的距離約為 cm。(以上結果均保留兩位有效數字)-32-答案:(1)v=v0+ gt(2)見解析 (3)9.76.0 解析:(1)根據勻變速直線運動的規(guī)律:一段時間內的平均速度等于中間

14、時刻的瞬時速度,可得v=v0+ gt。(2)描點畫圖,如圖所示。-33-34-3.(2018山東泰安月考)現用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動。在一小物塊沿斜面向下運動的過程中,用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示。拍攝時頻閃頻率是10 Hz;通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4。已知斜面頂端的高度h和斜面的長度s。數據如下表所示。重力加速度g取9.80 m/s2。單位: cm根據表中數據,完成下列填空:(1)物塊的加速度a= m/s2(保留3位有效數字)。 (2)因為,可知斜面是粗糙的。-35-答案:(1)4.30(2)物塊的加速度小于g =5.

15、88 m/s2(或物塊的加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)解析:(1)頻閃照相中相鄰影像點的時間間隔相等,利用逐差法求物-36-4.(2018河南新鄉(xiāng)月考)某學習小組在研究勻變速直線運動的實驗中,用如圖所示的氣墊導軌裝置來測滑塊的加速度,由導軌標尺可以測出兩個光電門之間的距離L,窄遮光板的寬度為d,窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為t1、t2。-37-(1)通過兩個光電門的瞬時速度分別為v1=,v2=。在計算瞬時速度時應用的物理方法是(選填“極限法”“微元法”或“控制變量法”)。 (2)滑塊的加速度可以表示為a=(用題中所給物理量表示)。 -38-解析:(1)由于遮光條通過光電門的時間

16、極短,可以用平均速度表示瞬時速度。當時間極短時,某段時間內的平均速度可以代替瞬時速度,該思想是極限的思想方法。-39-5.(2018遼寧沈陽期中)某人用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動。安裝調整好實驗器材后,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器在紙帶上打下一系列小點,重復幾次,選出一條點跡比較清晰的紙帶,從便于測量的點開始,取幾個計數點,如圖乙中a,b,c,d,e點。測出x1、x2、x3、x4。-40-結合上述實驗步驟,請你繼續(xù)完成下列任務:(1)實驗中,除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關外,在下列器材中,必須使用的有(填選項前字母)。 A.電壓

17、合適的50 Hz交流電源B.電壓可調的直流電源C.秒表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計-41-(2)實驗操作中,下列合理選項是()A.先通電,后釋放小車B.先釋放小車,后通電C.本實驗需要墊高長木板一端以平衡摩擦力D.本實驗不需要墊高長木板一端以平衡摩擦力(3)如果小車做勻加速運動,所得紙帶如圖乙所示,則x1、x2、x3的關系是,已知打點計時器所用交流電源頻率為50 Hz,刻度尺測得相鄰各點間的距離為x1=3.62 cm,x2=4.75 cm,x3=5.88 cm,x4=7.01 cm,小車的加速度是 m/s2(計算結果保留三位有效數字)。 (4)如果實際電源頻率低于50 Hz,則加速度的計算結果比實際(選填“偏大”“不影響”或“偏小”)。-42-答案:(1)AD(2)AD(3)x2-x1=x3-x2(4)1.13 m/s2(5)偏大解析:(1)本實驗用到了打點計時器,那么就應該配備交流電源,這樣才可以在紙帶上周期性的打點,又因為要測量兩點之間的距離,所以還會用到測量工具即刻度尺,所以選AD;(2)為了充分合理利用紙帶,應該先打開電源,然后再釋放小車,因為本實驗是研究勻變速直線運動,只要運動中加速度恒定即可,所以沒有必要平衡摩擦力,故選AD;