高考物理一輪復(fù)習(xí) 1.6實(shí)驗(yàn) 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)課件.ppt

第6節(jié)實(shí)驗(yàn) 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 1 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 學(xué)會(huì)用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng) 2 掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法 x at2 3 測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 1 作用 計(jì)時(shí)儀器 當(dāng)電源頻率為50hz時(shí) 每隔s打一次點(diǎn) 2 工作條件 0 02 220 4v 6v 二 實(shí)驗(yàn)原理 3 紙帶上點(diǎn)的意義 表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置 通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的間隔 可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況 可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔 2 利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法 1 沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻的速度分別為v1 v2 v3 v4 若v2 v1 v3 v2 v4 v3 則說(shuō)明物體在相等時(shí)間內(nèi)速度的增量相等 由此說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 即a at2 2 沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1 x2 x3 x4 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 則說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 且 x 3 速度 加速度的求解方法 1 平均速度法 求速度即vn 如圖所示 2 由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)的加速度 逐差法 即根據(jù)x4 x1 x5 x2 x6 x3 3at2 t為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔 求出a1 a2 a3 再算出a1 a2 a3的平均值即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度 圖象法 即先根據(jù)vn 求出多個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度 后作出v t圖象 圖象的斜率即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度 三 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(zhǎng)木板 小車 紙帶 細(xì)繩 鉤碼 刻度尺 導(dǎo)線 電源 復(fù)寫紙片 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上 并使滑輪伸出桌面 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端 連接好電路 把一條細(xì)繩拴在小車上 細(xì)繩跨過(guò)滑輪 下邊掛上合適的鉤碼 把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 并將它的一端固定在小車的后面 實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)下圖所示 放手后 看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行 2 把小車停在靠近處 先 后 讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 換上新紙帶 重復(fù)三次 3 從三條紙帶中選擇一條比較理想的 舍掉開(kāi)頭一些比較密集的點(diǎn) 從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)開(kāi)始確定計(jì)數(shù)點(diǎn) 為了計(jì)算方便和減小誤差 通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位 即t 0 1s 如圖所示 正確使用毫米刻度尺測(cè)量o計(jì)數(shù)點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 并填入設(shè)計(jì)的表格中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 接通電源 放開(kāi)小車 4 根據(jù)測(cè)量結(jié)果 用逐差法求出加速度a 或利用某一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度 作出v t圖象 由圖象的斜率求得加速度 五 注意事項(xiàng)1 開(kāi)始釋放小車時(shí) 應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 2 應(yīng)該先接通電源 再釋放小車 當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住 3 先斷開(kāi)電源 再取下紙帶 4 對(duì)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 如打出的點(diǎn)較輕或是短線時(shí) 應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度 5 選擇一條理想的紙帶 是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰 適當(dāng)舍棄點(diǎn)密集部分 適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn) 注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別 弄清楚所選的時(shí)間間隔t等于 n 1 t 6 每打好一條紙帶 將定位軸上的復(fù)寫紙換個(gè)位置 以保證打點(diǎn)清晰 注意此項(xiàng)只對(duì)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器才適用 7 不要分段測(cè)量各段位移 應(yīng)一次測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)與0計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離 再逐個(gè)計(jì)算x1 x2 x3 讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到0 1mm 8 盡可能保證小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的方法是 細(xì)繩盡可能與板面保持平行 滑輪和車輪靈活 長(zhǎng)木板表面粗糙程度 紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦基本保持一致 題型一 對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)的考查例1在 測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度 的實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)的操作步驟如下 其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有 遺漏可編上序號(hào)g h a 拉住紙帶 將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先放開(kāi)紙帶 再接通電源b 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上 并接好電源c 把一條細(xì)繩拴在小車上 細(xì)繩跨過(guò)定滑輪 下面吊著適當(dāng)重的鉤碼 d 取下紙帶e 將平板一端抬高 輕推小車 使小車能在平板上做加速運(yùn)動(dòng)f 將紙帶固定在小車尾部 并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上 解析 a中應(yīng)先接通電源再放開(kāi)紙帶 d中先斷開(kāi)電源 使計(jì)時(shí)器停止工作 再取下紙帶 遺漏g 換上新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次 答案 adgbefcadg 例2 1 某同學(xué)要進(jìn)行探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn) 請(qǐng)?jiān)谙旅媪谐龅膶?shí)驗(yàn)器材中 選出本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材填在橫線上 填編號(hào) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 天平 低壓交流電源 低壓直流電源 細(xì)繩和紙帶 鉤碼和小車 秒表 一端有滑輪的長(zhǎng)木板 刻度尺 題型二 紙帶數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算 2 把紙帶的下端固定在重物上 上端用手提著 紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 接通電源后將紙帶釋放 重物便拉著紙帶下落 紙帶被打出一系列點(diǎn) 其中有一段如圖所示 則紙帶的哪端與重物相連 填左端或右端 3 若電源的頻率為50hz 實(shí)驗(yàn)者在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí) 將每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 則每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔應(yīng)為 s 如上圖所示 是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)打出的一條紙帶 a b c d e為紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn) 則vb m s a m s2 計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 4 如果在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí) 實(shí)驗(yàn)者不知道工作電壓的頻率變?yōu)樾∮?0hz 這樣計(jì)算出的加速度值與直實(shí)值相比是 填 偏大 偏小 或 不變 解析 1 本實(shí)驗(yàn)不需要天平測(cè)質(zhì)量 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)用低壓交流電源 也不用秒表測(cè)時(shí)間 故不需要的器材為 2 開(kāi)始端 紙帶速度較小 點(diǎn)間距應(yīng)較小 故左端與重物相連 3 打點(diǎn)周期t0 s 0 02s 兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t 5t0 0 1s vb m s 0 26m s 由a 得 a 0 40m s2 4 因由 x at2計(jì)算時(shí) 用的t比實(shí)際的t小 故計(jì)算出的a比真實(shí)值偏大 答案 1 2 左端 3 0 10 260 40 4 偏大 方法與知識(shí)感悟 在進(jìn)行紙帶數(shù)據(jù)的計(jì)算時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 弄清紙帶中已知的是計(jì)時(shí)點(diǎn)還是計(jì)數(shù)點(diǎn) 若是計(jì)數(shù)點(diǎn) 則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是多少 2 弄清題中已知的距離是相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離還是每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 若是后者應(yīng)換算成相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離再代入原理公式計(jì)算 3 計(jì)算時(shí)注意將單位化為國(guó)際單位制 4 注意題中要求保留幾位有效數(shù)字 在用v t圖象處理數(shù)據(jù)時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 確定坐標(biāo)標(biāo)度要適當(dāng) 盡量使描出的線布滿整個(gè)坐標(biāo)紙 2 根據(jù)表格中的v t數(shù)據(jù) 在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn) 3 將點(diǎn)連成線時(shí) 使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上 落不到直線上的點(diǎn) 應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè) 如右圖 例3張明同學(xué)想研究一下剛買來(lái)的遙控電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng) 他找來(lái)一個(gè)廢棄的小輸液瓶 瓶?jī)?nèi)裝上墨水 通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)使墨水緩慢滴下 然后將這個(gè)裝置固定在車的尾部 使車從靜止開(kāi)始沿直線前進(jìn) 然后 他在離出發(fā)點(diǎn)不遠(yuǎn)處 選擇墨水滴間距離較大處的一個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn) 用卷尺測(cè)量這個(gè)點(diǎn)后面的10個(gè)點(diǎn)到這個(gè)點(diǎn)的距離 并記錄在下表中 題型三 實(shí)驗(yàn)的拓展變式 1 張明制作的裝置相當(dāng)于物理實(shí)驗(yàn)室的什么儀器 2 通過(guò)上表數(shù)據(jù) 你認(rèn)為小車在所記錄的這段時(shí)間內(nèi)做怎樣的運(yùn)動(dòng) 3 要測(cè)量小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度 張明同學(xué)需要知道什么物理量 他還要需要什么測(cè)量工具 如何測(cè)量 思路點(diǎn)撥 這不是教材中的實(shí)驗(yàn) 而是教材上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理的創(chuàng)新應(yīng)用 很好地理解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理 并能遷移應(yīng)用 是解這個(gè)題的關(guān)鍵 解析 1 張明制作的裝置相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 2 求出相鄰兩點(diǎn)間的距離如下表 從上表可以看出 開(kāi)始時(shí)相鄰兩點(diǎn)間的距離是逐漸變大的 后面兩點(diǎn)間的距離基本上保持不變 說(shuō)明開(kāi)始時(shí)小車做加速運(yùn)動(dòng) 后面做勻速運(yùn)動(dòng) 3 他需要知道滴出相鄰的兩墨水滴的時(shí)間間隔 要用秒表才能測(cè)出 從滴出第一滴計(jì)時(shí) 數(shù)到滴下n滴 n 30 所用時(shí)間為t 則這個(gè)時(shí)間間隔 t 方法與知識(shí)感悟 該實(shí)驗(yàn)的拓展變遷主要體現(xiàn)在以下幾方面 1 對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理的拓展變遷 如例3中的滴水法 頻閃照相法 利用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的甩墨法 單擺甩墨法等 2 測(cè)速度和加速度的方法變遷 如利用光電門測(cè)速度和加速度 3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的拓展 如利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)加速度結(jié)合牛頓第二定律來(lái)測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù) 1 某同學(xué)用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 其打點(diǎn)周期t 0 02s 來(lái)測(cè)定自由落體的加速度 試回答 下列器材料中 不需要的是 只需填選項(xiàng)字母 a 直尺b 紙帶c 重錘d 學(xué)生電源 實(shí)驗(yàn)中在紙帶上連續(xù)打出點(diǎn)1 2 3 9 如圖所示 由此測(cè)得加速度的大小為m s2 d 9 4 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮? 8m s2 測(cè)量值與實(shí)際值有差異的主要原因是 空氣阻力 紙帶與限位 孔之間的摩擦力 解析 電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220v交流電源 不需要的是d 依s6 s1 5at2 3 92 2 04 10 2 5a 0 02 2 a 9 4m s2 空氣阻力 紙帶與限位孔之間的摩擦力 2 某同學(xué)在做 探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 的實(shí)驗(yàn)時(shí) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50hz 在實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶 他把某一點(diǎn)記作o 再選依次相鄰的6個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn) 分別標(biāo)以a b c d e和f 如圖所示 1 如果測(cè)得c d兩點(diǎn)相距2 70cm d e兩點(diǎn)相距2 90cm 則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度是m s 2 該同學(xué)分別算出打各點(diǎn)時(shí)小車的速度 然后根據(jù)數(shù)據(jù)在v t坐標(biāo)系中描點(diǎn) 如圖所示 由此可求得小車的加速度a m s2 1 40 5 00 解析 1 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 打d點(diǎn)的速度等于ce段的平均速度 即vd m s 1 40m s 2 根據(jù)描點(diǎn)作一條過(guò)原點(diǎn)的直線 直線的斜率即為小車的加速度 圖象如圖所示 求出加速度為5 00m s2 3 光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器 其結(jié)構(gòu)如圖 a 所示 a b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置 當(dāng)有物體從a b間通過(guò)時(shí) 光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開(kāi)始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來(lái) 圖 b 中mn是水平桌面 q是長(zhǎng)木板與桌面的接觸點(diǎn) 1和2是固定在長(zhǎng)木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門 與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出 長(zhǎng)木板頂端p點(diǎn)懸有一鉛錘 實(shí)驗(yàn)時(shí) 讓滑塊從長(zhǎng)木板的頂端滑下 光電門1 2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1 0 10 2s和4 0 10 3s 用精度為0 05mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度為d 其示數(shù)如圖 c 所示 1 滑塊的寬度d cm 2 滑塊通過(guò)光電門1時(shí)的速度v1 m s 滑塊通過(guò)光電門2時(shí)的速度v2 m s 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 1 010 1 0 2 5 3 由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值 它們實(shí)質(zhì)上是通過(guò)光電門1和2時(shí)的 要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值 可將的寬度減小一些 平均速度 滑塊 解析 1 d 10mm 0 05mm 2 10 10mm 1 010cm 2 v1 m s 1 0m sv2 m s 2 5m s 3 v1 v2實(shí)質(zhì)上是通過(guò)光電門1和2時(shí)的平均速度 要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值 可將滑塊的寬度減小一些 鞏固基礎(chǔ) 1 在 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 的實(shí)驗(yàn)中 下列方法有助于減少實(shí)驗(yàn)誤差的是 a 選取計(jì)數(shù)點(diǎn) 把每打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)間單位b 使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些c 舍去紙帶上開(kāi)始時(shí)密集的點(diǎn) 只利用點(diǎn)跡清晰 間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測(cè)量 計(jì)算d 適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù) acd 解析 選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔較大 在用直尺測(cè)量這些計(jì)數(shù)點(diǎn)與o計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離時(shí) 在測(cè)量絕對(duì)誤差基本相同的情況下 相對(duì)誤差較小 a正確 在實(shí)驗(yàn)中 如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過(guò)小 打出的點(diǎn)很密 長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差較大 測(cè)量準(zhǔn)確性降低 因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些 而使小車加速度增大的常見(jiàn)方法是適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)以增大拉力 b錯(cuò)誤 d正確 為了減小長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差 舍去紙帶上過(guò)于密集甚至分辨不清的點(diǎn) c正確 bc 3 在 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 的實(shí)驗(yàn)中 算出小車經(jīng)過(guò)各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度如下 c 為了算出加速度 合理的方法是 a 根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度 用公式a 算出加速度b 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出v t圖 量出其傾角 由a tan 算出加速度c 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出v t圖 由圖線上間隔較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度 用公式a 算出加速度d 依次算出通過(guò)連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度 算出平均值作為小車的加速度 解析 根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度用公式a 算出加速度的偶然誤差較大 a不合理 b選項(xiàng)是錯(cuò)誤的 a 由于兩坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的標(biāo)度值不相同 a不一定等于tan 如圖所示 tan45 1 而a 3m s2 由圖線上間隔較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度 利用公式a 算出的加速度偶然誤差小 即c合理 依次算出通過(guò)連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度 算出平均值作為小車的加速度 實(shí)際只相當(dāng)于用了第1組和第6組兩組數(shù)據(jù) 偶然誤差仍然較大 d不合理 提升能力 4 如圖所示 是做測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度實(shí)驗(yàn)時(shí) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一段紙帶 a b c d是連續(xù)打出的幾個(gè)點(diǎn) 測(cè)得ab 4 2cm ac 8 8cm ad 13 8cm 所用交流電源的頻率為50hz 則物體的加速度為 m s2 打b點(diǎn)時(shí)速度為m s 結(jié)果保留二位有效數(shù)字 若物體是在打下第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的 則a點(diǎn)是打出的第個(gè)點(diǎn) 10 2 2 11 1 小球沿斜面下滑的加速度的大小為m s2 保留三位有效數(shù)字 2 根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出小球通過(guò)位置c和位置a的速度分別m s和m s 保留三位有效數(shù)字 3 能否根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出斜面的傾角 簡(jiǎn)要說(shuō)明理由 重力加速度g已知 1 10 0 985 0 765 6 某同學(xué)在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí) 得到了在不同拉力下的a b c d 等幾條較為理想的紙帶 并在紙帶上每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 即相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0 1s 將每條紙帶上的計(jì)數(shù)點(diǎn)都記為0 1 2 3 4 5 如圖所示甲 乙 丙三段紙帶 分別是從三