2019_2020學年高中物理第二章勻變速直線運動的研究專題強化實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學案新人教版.docx

專題強化實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學科素養(yǎng)與目標要求科學探究：1.進一步練習使用打點計時器.2.會根據紙帶上打出的點利用平均速度公式求瞬時速度.3.會利用圖象法或逐差法求加速度一、實驗原理圖11利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法如圖1所示，沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間間隔T內的位移分別為x1、x2、x3、x4xn，若xx2x1x3x2x4x3xnxn1，則說明物體在做勻變速直線運動，且xaT2.2測定勻變速直線運動加速度的方法(1)圖象法先根據“平均速度”法求出各計數點的速度vn.作vt圖象，求出圖象的斜率即物體的加速度(2)利用位移差公式xn1xnaT2得a，其中T為兩計數點之間的時間間隔逐差法a1，a2，a3，a.若紙帶上選出多個計數點，可用逐差法求加速度二、實驗器材(以小車的勻變速直線運動為例)打點計時器、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、復寫紙、坐標紙、細鉛筆、刻度尺三、注意事項1開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器2先啟動打點計時器，打點計時器正常工作后，再放開小車，當小車停止運動時要及時斷開電源3要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數點，一般在紙帶上每隔四個點取一個計數點，即交流電源頻率為50Hz時，時間間隔為T0.025s0.1s.4描點時最好用坐標紙，在縱、橫坐標軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點四、誤差和有效數字1誤差：測量值跟被測物理量的真實值之間的差異叫做誤差誤差按產生原因可分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差(1)偶然誤差產生原因：由偶然因素造成的特點：多次重復同一測量時，偏大和偏小的機會比較接近減小偶然誤差的方法：取平均值(2)系統(tǒng)誤差產生原因：由儀器結構缺陷、實驗方法不完善造成的特點：多次重復測量的結果總是大于(或小于)被測量的真實值減小系統(tǒng)誤差的方法：校準測量儀器，改進實驗方法，完善實驗原理2絕對誤差和相對誤差(1)絕對誤差：測量值和真實值之差(2)相對誤差：絕對誤差與測量值之比3有效數字(1)定義：帶有一位不可靠數字的近似數字叫做有效數字(2)運算結果一般用兩位或三位有效數字表示.一、應用勻變速直線運動規(guī)律處理紙帶問題例1如圖2所示是某同學測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取一個計數點，圖中注明了他對各計數點間距離的測量結果所接電源是頻率為50Hz的交流電圖2(1)為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行下列計算，并填入下表內(單位：cm)x2x1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.57由此可以得出結論：小車的運動是_(2)兩個相鄰計數點間的時間間隔t_s.(3)小車的加速度的計算式a_，加速度a_m/s2(結果保留三位有效數字)(4)計算打計數點B時小車的速度vB_m/s(結果保留三位有效數字)答案見解析解析(1)數據如表所示.x2x1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.571.571.581.58由數據表分析可知，在誤差允許范圍內相鄰相等時間內的位移差相等，因此可以得出結論：小車的運動是勻變速直線運動(2)該打點計時器所接的電源是頻率為50Hz的交流電，紙帶上每隔4個點取一個計數點，即兩個相鄰計數點間的時間間隔t5s0.10s.(3)用逐差法來計算加速度a，將數據代入得加速度的值a102m/s21.57 m/s2.(4)由于小車做勻變速直線運動，因此，打計數點B時小車的速度等于AC段的平均速度，即vB0.517m/s.二、實驗原理的遷移應用例2(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3(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)6個水滴的位置(已知滴水計時器每30s內共滴下46個小水滴)圖3(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.(結果均保留兩位有效數字)答案(1)從右向左(2)0.190.038解析(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動的(2)已知滴水計時器每30s內共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為Tss，所以A點位置的速度為vAm/s0.19 m/s.根據逐差法可得加速度a0.038m/s2，故加速度的大小為0.038 m/s2.針對訓練一個小球沿斜面向下運動，用每隔s曝光一次的頻閃相機拍攝不同時刻小球位置的照片，如圖4所示，即照片上出現的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為s，測得小球在幾個連續(xù)相等時間內的位移數據見下表：圖4x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010.4011.50(1)小球在相鄰的相等時間內的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球的運動屬于_直線運動(2)沿斜面向下運動的小球在第三個位置的速度為_m/s，小球的加速度為_m/s2.(結果保留三位有效數字)答案(1)相等勻加速(2)0.9851.10解析(1)由表格中的數據知，相鄰的相等時間內的位移差為1.1cm，位移差相等，小球做勻加速直線運動(2)勻變速直線運動的中間時刻的瞬時速度等于這段位移的平均速度，故v3102 m/s0.985 m/s，根據逐差法xaT2可知a m/s21.10 m/s2.1接在周期為T0.02s低壓交流電源上的打點計時器，在紙帶做勻加速直線運動時打出的一條紙帶如圖5所示，圖中所示的是每隔4個計時點所取的計數點，但第3個計數點沒有畫出由圖中的數據可求得：圖5(1)該物體的加速度為_m/s2；(2)第3個計數點與第2個計數點的距離為_cm；(3)打第2個計數點時該物體的速度約為_m/s.(保留兩位有效數字)答案(1)0.74(2)4.36(3)0.40解析(1)設1、2間的位移為x1,2、3間的位移為x2,3、4間的位移為x3,4、5間的位移為x4；因為周期為0.02 s，且每打5個點取一個計數點，所以每兩個計數點之間的時間間隔為T0.1 s；由勻變速直線運動的推論xmxn(mn)aT2得：x4x13aT2，代入數據解得a0.74m/s2.(2)第3個計數點與第2個計數點的距離即為x2，由勻變速直線運動的推論：x2x1aT2得：x2x1aT2，代入數據得：x20.0436m4.36cm.(3)勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度，故：v2m/s0.40 m/s.2(2016天津理綜)某同學利用圖6所示裝置研究小車的勻變速直線運動圖6(1)實驗中，必須的措施是_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(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數點如圖7所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點，圖中未畫出)s13.59cm，s24.41cm，s35.19cm，s45.97cm，s56.78cm，s67.64 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)圖7答案(1)AB(2)0.800.40解析(1)實驗時，細線必須與長木板平行，以減小實驗的誤差，選項A正確；實驗時要先接通電源再釋放小車，選項B正確；此實驗中沒必要使小車的質量遠大于鉤碼的質量，選項C錯誤；此實驗中不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，選項D錯誤(2)相鄰的兩計數點間的時間間隔T0.1s，由逐差法可得小車的加速度am/s20.80 m/s2打點計時器在打B點時小車的速度vBm/s0.40 m/s.1某同學在測定勻變速直線運動的加速度時，得到了幾條較為理想的紙帶他已在每條紙帶上按每5個點取一個計數點，即兩計數點之間的時間間隔為0.1s，依打點先后編為0、1、2、3、4、5.由于不小心，幾條紙帶都被撕斷了，如圖1所示請根據給出的A、B、C、D四段紙帶回答：圖1(1)在B、C、D三段紙帶中選出從紙帶A上撕下的那段應該是_(2)打A紙帶時，物體的加速度大小是_m/s2.答案(1)C(2)0.6解析(1)因為xx12x016.0mm，故x45x1236.0mm，故x4554.0mm，故C是從A上撕下的那段紙帶(2)根據xaT2，解得：am/s20.6 m/s2.2在某次實驗中，物體拖動紙帶做勻加速直線運動，打點計時器所用電源的頻率為50Hz，實驗得到的一條紙帶如圖2所示，紙帶上每相鄰的兩個計數點之間都有4個點未畫出按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數點，實驗中用直尺量出各計數點到0點的距離如圖所示(單位：cm)圖2(1)在計數點1所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度為v1_m/s，物體的加速度a_m/s2.(兩空均保留兩位有效數字)(2)該同學在測量的時候沒有將計數點5的數值記錄下來，根據前面的數值可推算出計數點5到0點的距離為_cm.答案(1)0.180.75(2)14.50解析(1)打計數點1時紙帶的瞬時速度v1m/s0.18 m/s.由題圖可知x011.40cm，x122.15cm，x232.90cm，x343.65cm，可知連續(xù)相等時間內的位移之差x0.75cm，根據xaT2，得am/s20.75 m/s2.(2)x45x34x3.65cm0.75cm4.40cm，所以計數點5到0點的距離為x510.10cm4.40cm14.50cm.3(2019太和一中學情調研)(1)研究小車的勻變速直線運動，記錄紙帶如圖3所示，圖中兩計數點間均有四個點未畫出已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，則小車運動的加速度a_m/s2，打P點時小車運動的速度v_ m/s.(結果均保留兩位有效數字)圖3(2)打點計時器原來工作電壓的頻率是50Hz，如果用它來測定勻變速直線運動的加速度時，實驗者不知工作電壓的頻率變?yōu)?0Hz，這樣計算出的加速度值與真實值相比是_(填“偏大”“不變”或“偏小”)答案(1)0.800.25(2)偏小解析(1)由公式xaT2可求得加速度大小，am/s20.80 m/s2，x0.80cm，vPm/s0.25 m/s(2)若打點計時器工作電壓的頻率為60Hz，則周期變小，由a知a變大，若仍按照T不變計算，則計算出的加速度比真實值偏小4某校研究性學習小組的同學用如圖4甲所示的滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計時器內盛滿水為準)；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標記小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開圖乙為實驗得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是x011.40cm，x122.15cm，x232.91cm，x343.65cm，x454.41cm，x565.15cm.試問：圖4(1)滴水計時器的原理與課本上介紹的_原理類似(2)由紙帶數據計算可得點4所代表時刻的瞬時速度v4_m/s，小車的加速度a_m/s2.(結果均保留兩位有效數字)答案(1)打點計時器(2)0.200.19解析(1)由題知滴水計時器的原理與打點計時器原理類似(2)可把小車的運動看做是勻變速直線運動，則v435m/s0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56x45x34)(x23x12x01)9aT2，代入數據解得a0.19m/s2.5在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，用打點計時器記錄紙帶運動的時間，計時器所用電源的頻率為50Hz，如圖5為小車帶動的紙帶上記錄的一些點，在每相鄰的兩點中間都有四個點未畫出按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數點，用刻度尺量出1、2、3、4、5點到0點的距離如圖所示(結果均保留4位有效數字)圖5(1)小車做的是什么運動？(2)若小車做勻變速直線運動，則當打第3個計數點時，求小車的速度大?。?3)求小車的加速度答案(1)小車做勻減速直線運動(2)0.5040m/s(3)1.502m/s2(0.02均正確)，方向與初速度方向相反解析(1)因為電源頻率為50Hz，所以打點的周期T00.02s，相鄰計數點的時間間隔為T5T00.1s.由題圖可得相鄰計數點間的位移分別為x18.78cm，x27.30cm，x35.79cm，x44.29cm，x52.78cm.所以相鄰計數點間的位移之差為x1x2x11.48cm，x2x3x21.51cm，x3x4x31.50cm，x4x5x41.51cm.在誤差允許范圍內，可近似認為x1x2x3x40，即連續(xù)相等時間內的位移差相等且為負值，所以小車做勻減速直線運動(2)由勻變速直線運動規(guī)律可得v3m/s0.504 0 m/s.(3)逐