物理第一章 質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動 實(shí)驗(yàn)1 研究勻變速直線運(yùn)動 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)1研究勻變速直線運(yùn)動-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康木毩?xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,學(xué)會通過紙帶上的點(diǎn)研究物體的運(yùn)動情況。二、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。-3-三、實(shí)驗(yàn)原理1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟1.安裝實(shí)驗(yàn)裝置2.如圖所示把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩繞過滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,固定在小車的后面。3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先接通電源,后放開小車。換上新紙帶,重復(fù)三次。-6-五、數(shù)據(jù)處理1.由

2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v-t圖象(1)選擇一條比較理想的紙帶,確定好計(jì)數(shù)點(diǎn)。(2)求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度填入表格中。(3)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)。(4)根據(jù)描點(diǎn)作一條直線。-7-2.小車運(yùn)動的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(1)小車運(yùn)動的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,可以得出結(jié)論:小車的速度隨時(shí)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(shí)間均勻變化。-8-六、注意事項(xiàng)1.平行:紙帶、細(xì)繩要和長木板平行。2.靠近:釋放小車前,應(yīng)使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。3.先后順序:實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,后釋放小車;一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)先斷開電源,后取下紙帶。4.防止碰撞:在到

3、達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動,防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞。5.準(zhǔn)確作圖。七、誤差分析1.紙帶運(yùn)動時(shí)摩擦不均勻,打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差。2.計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量有偶然誤差。3.作圖有誤差。-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二教材原型實(shí)驗(yàn)教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2016天津卷)某同學(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動。(1)實(shí)驗(yàn)中,必要的措施是。 A.細(xì)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(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn),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(shù)據(jù)),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB=m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案:(1)AB(2)0.800.40解析:由于相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出,故T=50.02 s=0.10 s,思維點(diǎn)撥注意不要把此實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)相混淆;在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中,要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量和平衡小車與長木板間的摩擦力,但在此實(shí)驗(yàn)中是不必要的。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

5、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)高考實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng),用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題。1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測量方法-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二2.獲得加速度方法的改進(jìn)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(diǎn)一命題點(diǎn)二例2(2017全國卷)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)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?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵?/p>

6、的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測得光線被擋光片遮住的時(shí)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(fù)步驟、;多次重復(fù)步驟;-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)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(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小,則 與vA、a和t的關(guān)系式為=。 (2)由圖(c)可求得,vA= cm/s,a= cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)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(yùn)動,滑塊在擋光片遮住光線的t

7、時(shí)間內(nèi)-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥(1)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出擋光片通過光電門過程中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,結(jié)合時(shí)間公式求出 與vA、a和t的關(guān)系式。(2)結(jié)合 與vA、a和t的關(guān)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(diǎn)一命題點(diǎn)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(yùn)動,用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前,將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁,如圖(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí),保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動過程中,滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小

8、水滴)-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)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(yùn)動的。 (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動。小車運(yùn)動到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為 m/s,加速度大小為 m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)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(yùn)動,相同時(shí)間內(nèi)位移逐漸減小,故小車由右向左運(yùn)動。-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥依據(jù)小車用手輕推一下,則做減速運(yùn)動,結(jié)合各點(diǎn)間距,即可判定運(yùn)動方向;根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式x=aT2可以求出加速度的大小,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時(shí)間中點(diǎn)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(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小。-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二例4在暗室中用如圖所示裝置做測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)。 -23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟如下:在漏斗內(nèi)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(diào)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(gè)水滴所對應(yīng)的刻度采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(1)實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時(shí),頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是 。 -24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)

10、實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動”時(shí)的閃光頻率為30 Hz,某同學(xué)讀出其中比較遠(yuǎn)的水滴到第一個(gè)水滴的距離如下圖,根據(jù)數(shù)據(jù)測得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭= m/s2;第8個(gè)水滴此時(shí)的速度v8= m/s(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。 (3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可): 。 -25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二提示:頻閃的周期與相鄰兩滴水滴之間的時(shí)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(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時(shí),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(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=

11、9.72 m/s2;該實(shí)驗(yàn)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(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)步驟中“由大到小逐漸調(diào)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(xué)利用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時(shí)間的變化。物塊放在桌面上,細(xì)繩的一端與物塊相連,另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在物塊上。啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放物塊,物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。-27-根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動為勻加速

12、運(yùn)動。回答下列問題:(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí),物塊的速度大小為 m/s。在打出D點(diǎn)時(shí),物塊的速度大小為 m/s;(保留兩位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為 m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)答案:(1)0.560.96(2)2.0 -28-2.(2017蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研)某研究性學(xué)習(xí)小組用圖甲裝置來測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?主要操作如下安裝實(shí)驗(yàn)器材,調(diào)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(jì)時(shí)器記錄小鐵球在通過兩個(gè)光電門的運(yùn)動時(shí)間t,并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個(gè)光電門之間的高度h,計(jì)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(fù)的操作,測出多組(h,t),計(jì)算出對應(yīng)的平均速度v;-29-畫出v-t圖象。 甲 乙 -30-請根據(jù)實(shí)驗(yàn),回答如下問題:(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門1時(shí)的速度為v0,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達(dá)式為。(用v0、g和t表示)(2)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如下表:請?jiān)趫D乙坐標(biāo)紙上畫出v-t圖象。 -31-(3)根據(jù)v-t圖象,可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭= m/s2,試管夾到光電門1的距離約為 cm。(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)-32-答案:(1)v=v0+ gt(2)見解析 (3)9.76.0 解析:(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律:一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間

14、時(shí)刻的瞬時(shí)速度,可得v=v0+ gt。(2)描點(diǎn)畫圖,如圖所示。-33-34-3.(2018山東泰安月考)現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運(yùn)動。在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動的過程中,用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖所示。拍攝時(shí)頻閃頻率是10 Hz;通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個(gè)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(shù)據(jù)如下表所示。重力加速度g取9.80 m/s2。單位: cm根據(jù)表中數(shù)據(jù),完成下列填空:(1)物塊的加速度a= m/s2(保留3位有效數(shù)字)。 (2)因?yàn)?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(diǎn)的時(shí)間間隔相等,利用逐差法求物-36-4.(2018河南新鄉(xiāng)月考)某學(xué)習(xí)小組在研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中,用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置來測滑塊的加速度,由導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測出兩個(gè)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(gè)光電門的時(shí)間分別為t1、t2。-37-(1)通過兩個(gè)光電門的瞬時(shí)速度分別為v1=,v2=。在計(jì)算瞬時(shí)速度時(shí)應(yīng)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(shí)間

16、極短,可以用平均速度表示瞬時(shí)速度。當(dāng)時(shí)間極短時(shí),某段時(shí)間內(nèi)的平均速度可以代替瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動。安裝調(diào)整好實(shí)驗(yàn)器材后,讓小車拖著紙帶運(yùn)動,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列小點(diǎn),重復(fù)幾次,選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶,從便于測量的點(diǎn)開始,取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),如圖乙中a,b,c,d,e點(diǎn)。測出x1、x2、x3、x4。-40-結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟,請你繼續(xù)完成下列任務(wù):(1)實(shí)驗(yàn)中,除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外,在下列器材中,必須使用的有(填選項(xiàng)前字母)。 A.電壓

17、合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.秒表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計(jì)-41-(2)實(shí)驗(yàn)操作中,下列合理選項(xiàng)是()A.先通電,后釋放小車B.先釋放小車,后通電C.本實(shí)驗(yàn)需要墊高長木板一端以平衡摩擦力D.本實(shí)驗(yàn)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(yùn)動,所得紙帶如圖乙所示,則x1、x2、x3的關(guān)系是,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源頻率為50 Hz,刻度尺測得相鄰各點(diǎn)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(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (4)如果實(shí)際電源頻率低于50 Hz,則加速度的計(jì)算結(jié)果比實(shí)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(shí)驗(yàn)用到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,那么就應(yīng)該配備交流電源,這樣才可以在紙帶上周期性的打點(diǎn),又因?yàn)橐獪y量兩點(diǎn)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(yīng)該先打開電源,然后再釋放小車,因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是研究勻變速直線運(yùn)動,只要運(yùn)動中加速度恒定即可,所以沒有必要平衡摩擦力,故選AD;