2019屆新課標(biāo)高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)講義

實(shí)驗(yàn)1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.練習(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(dòng)情況。2.會利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。3.利用打點(diǎn)紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律,并能畫出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象,根據(jù)圖象求加速度。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-4-2.勻變速直線運(yùn)動(dòng)的分析(1)利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法沿直線運(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,…,xn,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=xn-xn-1,則說明物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(2)速度的求解方法-5-(3)加速度的求解方法

②圖象法:以打某計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),利用vn=求出打各點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度,描點(diǎn)得v-t圖象,圖象的斜率即為物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。-6-四、實(shí)驗(yàn)步驟1.把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使有滑輪一端伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。2.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。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。-7-3.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,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。-8-五、數(shù)據(jù)處理1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v-t圖象(1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點(diǎn),在后面便于測量的地方找一個(gè)開始點(diǎn),以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),確定好計(jì)數(shù)開始點(diǎn),并標(biāo)明0、1、2、3、4、…,測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x,并填入表中。-9-(2)利用一段時(shí)間內(nèi)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)1、2、3、4、…的瞬時(shí)速度,填入上面的表格中。(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,使盡量多的點(diǎn)落到這條直線上,落不到直線上的各點(diǎn)盡可能均勻分布在直線的兩側(cè),如圖所示。-10-2.小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(1)小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,當(dāng)時(shí)間增加相同的值Δt,速度也會增加相同的值Δv時(shí),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v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b,所以小車的速度隨時(shí)間均勻變化。-11-六、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?qū)嶒?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.防止碰撞在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng),防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞。5.減小誤差細(xì)繩的另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng),避免速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少,或者速度太小使紙帶上打的點(diǎn)過于密集。-12-6.紙帶選取選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍棄點(diǎn)密集部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。7.準(zhǔn)確作圖在坐標(biāo)紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過密或過疏,而導(dǎo)致誤差過大),仔細(xì)描點(diǎn)連線,不能連成折線,應(yīng)作一條平滑曲線,讓盡量多的點(diǎn)落到這條曲線上,落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。-13-七、誤差分析1.紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦不均勻,打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差。所以安裝時(shí)紙帶、細(xì)繩要與長木板平行,同時(shí)選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。2.測量紙帶誤差,為減小誤差舍棄點(diǎn)密集部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。3.紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量有偶然誤差,故要多測幾組數(shù)據(jù),以盡量減小誤差。4.用作圖法作出的v-t圖象不是一條直線。為此在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)時(shí),縱、橫軸選取合適的單位,描點(diǎn)連線時(shí),不能連成折線,讓各點(diǎn)盡量落到曲線上,落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。-14-要最大限度地減少小車與長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶間的阻力,應(yīng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)?結(jié)合教材的介紹,想一下有哪些方法?提示：1.用氣墊導(dǎo)軌代替長木板或在長木板上鋪一層白紙以減小摩擦阻力。2.用頻閃照相的方法或光電計(jì)時(shí)器代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,可以最大限度地減少打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔與紙帶間的摩擦阻力,使小車盡可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng),以提高實(shí)驗(yàn)的精確度。-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)原理與操作例1關(guān)于探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)操作,下列說法中錯(cuò)誤的是(

)A.長木板不能側(cè)向傾斜,也不能一端高一端低B.在釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處C.應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)后再釋放小車D.要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動(dòng)答案解析解析關(guān)閉長木板不能側(cè)向傾斜,但可以一端高一端低,故選項(xiàng)A符合題意;實(shí)驗(yàn)時(shí),為了能在紙帶上得到較多的點(diǎn)跡,釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,選項(xiàng)B不符合題意;如果先釋放小車,可能紙帶上打不上幾個(gè)點(diǎn),故選項(xiàng)C不符合題意;為了保護(hù)小車避免落地摔壞,在小車到達(dá)定滑輪前要用手使小車停止運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D不符合題意。答案解析關(guān)閉A-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.安裝好實(shí)驗(yàn)器材。B.讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(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,每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),如圖乙中a、b、c、d等點(diǎn)。-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三C.測出x1、x2、x3、…。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟,請你繼續(xù)完成下列問題:(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,在下列的器材中,必須使用的有

。(填選項(xiàng)代號)

A.電壓合適的50Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.停表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計(jì)H.滑動(dòng)變阻器(2)如果小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),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)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔是T,則打c點(diǎn)時(shí)小車的速度大小是

。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三特別提醒1.計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)(1)計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)的比較計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的實(shí)際點(diǎn),如果所用電源頻率為50

Hz,則兩相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02

s;計(jì)數(shù)點(diǎn)是人們根據(jù)需要按一定的個(gè)數(shù)選擇的點(diǎn),兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔由選擇的個(gè)數(shù)而定,如每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)和每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),時(shí)間間隔都是0.1

s。(2)紙帶上相鄰的兩點(diǎn)的時(shí)間間隔均相同,速度越大,紙帶上的計(jì)數(shù)點(diǎn)越稀疏。2.紙帶上點(diǎn)的意義(1)反映和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置。(2)通過研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離,可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況。(3)可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔。-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三數(shù)據(jù)處理與誤差分析例3(1)如圖甲所示為探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置圖,按照實(shí)驗(yàn)要求應(yīng)該(

)A.先釋放小車,再接通電源B.先接通電源,再釋放小車C.同時(shí)釋放小車和接通電源(2)本實(shí)驗(yàn)必須(

)A.要平衡摩擦力B.要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.上述兩項(xiàng)要求都不需要甲

-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(3)如圖乙為在探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)中得到的紙帶,從中確定五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),量得d1=8.00cm,d2=17.99cm,d3=30.00cm,d4=44.01cm,每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.10s。則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度vC=

m/s,小車的加速度a=

m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例4某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz。圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條較理想的紙帶,每兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s。-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三通過計(jì)算已經(jīng)得出了打下B、C、D三個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),通過描點(diǎn)連線得到了如圖丙所示的圖象。試分析下列問題(保留三位有效數(shù)字)丙(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度vE=

m/s;

(2)小車運(yùn)動(dòng)的加速度為a=

m/s2;

(3)根據(jù)圖象求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)時(shí)的速度為vA=

m/s。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)1.運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷:看相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離特點(diǎn)。2.瞬時(shí)速度的求解:采用平均速度法求某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度。3.加速度的求解:①v-t圖象法;②推論法(Δx=aT2);③逐差法。-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新本實(shí)驗(yàn)是以教材中的實(shí)驗(yàn)為背景,通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器等設(shè)置題目,不脫離教材而又不拘泥于教材,體現(xiàn)開放性、探究性等特點(diǎn)。多從原理演化和數(shù)據(jù)處理技巧上進(jìn)行創(chuàng)新。1.原理演化(如圖所示)-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.數(shù)據(jù)處理(1)加速度的獲得:靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力沿木板方向的分力獲得加速度。(2)速度的測量方法:由打點(diǎn)紙帶求速度→測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時(shí)間Δt,由v=求速度。(3)加速度的測量方法:由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過兩個(gè)光電門的瞬時(shí)速度,由速度與時(shí)間(位移)關(guān)系求加速度。-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例5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①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;②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(dòng)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;③保持光電門1的位置不變,改變光電門2的位置,重復(fù)②的操作,測出多組(h,t),計(jì)算出對應(yīng)的平均速度v;-27-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三④畫出v-t圖象。

-28-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三請根據(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。(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)

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-29-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例6現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)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10Hz,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x,數(shù)據(jù)如下表所示。重力加速度大小g取9.80m/s2。單位:cm-30-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三根據(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)?/p>

,可知斜面是粗糙的。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-31-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三特別提醒創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題一般情景新而知識舊,因此做實(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重知識的遷移應(yīng)用,用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題。對于本題來說,物理過程是舊的,但情景是新的,數(shù)據(jù)處理屬于逐差法處理紙帶問題的延伸。-32-121.在做探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶,并在其上取了A、B、C、D、E、F6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的點(diǎn),圖中沒有畫出),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接的是220V、50Hz的交流電源。他把一把毫米刻度尺放在紙帶上,其零刻度和計(jì)數(shù)點(diǎn)A對齊。

(1)按照有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則讀出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)AB、BC、CD、DE、EF間的距離x1、x2、x3、x4、x5,它們依次為

cm、

cm、

cm、

cm、

cm。

-33-12(2)由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E各點(diǎn)時(shí),物體的瞬時(shí)速