实验1研究匀变速直线运动(精)

实验一研究匀变速直线运动核心考点导学•师说：•高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧．因此做实验题应注重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.•【了解·实验目的】•1．练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动．•2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．(Δx＝aT2)•3．测定匀变速直线运动的加速度．•【理解·实验原理】•1．打点计时器•(1)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点•(3)纸带上点的意义：•①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．•②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．•③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．2．利用纸带判断物体运动状态的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即a＝ΔvΔt＝Δv1Δt＝Δv2Δt＝….(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.3．速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求速度：即vn＝xn＋xn＋12T，如图所示．(2)由纸带求物体运动的加速度①逐差法：即根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)，求出a1＝x4－x13T2、a2＝x5－x23T2、a3＝x6－x33T2，再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度．②图象法：即先根据vn＝xn＋xn＋12T求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出v－t图象，图象的斜率即为物体运动的加速度．•【知道·实验器材】•电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片．•【熟习·实验步骤】•一、实验步骤•1．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．•2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，将纸带穿过打点计时器，并将它的一端固定在小车的后面．实验装置如图，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．•3．将小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次．•4．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离x，并填入表中.位置编号0123456时间t/sx/mv/(m·s－1)•5．计算出相邻的计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3…•6．利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．•7．增减所挂钩码数，再做两次实验．•二、数据处理及结论•1．由实验数据得出v－t图象•(1)根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图所示．•(2)做一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v－t图象，它是一条倾斜的直线．•2．实验结论：由实验得出的v－t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律．既然小车的v－t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，所以小车的速度随时间均匀变化．•【警惕·注意事项】•1.使用打点计时器打点时，应先接通电源，再释放小车．•2．释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．•3．使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面．•4．小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．•5．先断开电源，再取下纸带．•6．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔等于多少．•7．对于电磁打点计时器，如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度．•8．对于电磁打点计时器，每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰．•9．不要分段测量各段位移，应一次测出各计数点与第0个计数点的距离，再逐个计算x1、x2、x3…，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差．•10．尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是：•(1)细绳尽可能与长木板面保持平行；(2)滑轮和车轮摩擦力要尽量小；(3)长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致．•1．根据纸带测量的位移有误差．•2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等引起误差．•3．用作图法，作出的v－t图象并不是一条直线．•4．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度．考向案例研究•例1[2012·山东理综，21(1)]某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示．打点计时器电源的频率为50Hz.①通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点________和________之间某时刻开始减速．②计数点5对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为________m/s.(保留三位有效数字)③物块减速运动过程中加速度的大小为a＝________m/s2，若用ag来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)．•(一)名师分析解题•①物体做匀变速直线运动过程中，两相邻相等时间内位移之差为定值，依题意Δs＝2.00cm，而12.28－11.01＝1.27cm2.00cm，说明物块在6、7之间某个时刻开始减速．②物体做匀变速直线运动时，中间时刻的瞬时速度等于全过程的平均速度，即vt2＝v，v5＝s4、62T＝9.00＋11.01×10－22×0.1m/s＝1.00m/s；5点到6点，物块一直做匀加速直线运动，用逐差法求加速度a＝s3、4＋s4、5－s1、2－s2、34T2＝7.01＋9.00－3.00－5.01×10－24×0.12m/s2＝2.00m/s2，v6＝v5＋aT＝(1.00＋2.00×0.1)m/s＝1.20m/s.•(二)调用所学解题•①67(或76)②1.001.20③2.00偏大③用逐差法求减速运动过程中加速度的大小：a＝s7、8＋s8、9－s9、10－s10、114T2＝10.60＋8.61－6.60－4.60×10－24×0.12m/s2＝2.00m/s2；若不考虑空气阻力，由μmg＝ma得μ测＝ag，实际情况有空气阻力存在，即f＋μmg＝ma，μ真＝ma－fmg＝ag－fm，所以计算结果比真实值偏大．•例2在做“研究匀变速直线运动”的实验中：•(1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是______．•(2)如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02s，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.•下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度.位置BCDEF速度/(m·s－1)0.7370.8010.994•(3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线．•(4)根据你画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝__________m/s2.•(一)名师分析解题•(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计．(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：vD＝x3＋x42T＝8.33＋8.95×10－2m2×0.1s＝0.864m/s同理可得vE＝0.928m/s.(3)小车的速度—时间关系图线如图所示．(4)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度的大小，则a＝ΔvΔt＝(0.64±0.01)m/s2.•(二)调用所学解题•(1)弹簧测力计(2)0.8640.928(3)见解析图•(4)(0.64±0.01)•例3某同学用图所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每隔两个计时点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图所示．该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：方法A：由g1＝x2－x1T2，g2＝x3－x2T2，……，g5＝x6－x5T2，取平均值g＝8.667m/s2；方法B：由g1＝x4－x13T2，g2＝x5－x23T2，g3＝x6－x33T2，取平均值g＝8.673m/s2.•从数据处理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，对实验结果起作用的：方法A中有__________；方法B中有__________．因此，选择方法__________(A或B)更合理，这样可以减少实验的__________(系统或偶然)误差．本实验误差的主要来源有__________．(试举出两条)．(一)名师分析解题物体只在重力的作用下做匀加速直线运动，通过对纸带数据的处理，可以求出当地的重力加速度数值．方法A：g＝g1＋g2＋g3＋g4＋g55＝x2－x1T2＋x3－x2T2＋x4－x3T2＋x5－x4T2＋x6－x5T25＝x6－x15T2所以方法A中只有x1和x6起作用．方法B：g＝g1＋g2＋g33＝x4－x13T2＋x5－x23T2＋x6－x33T23＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2所以方法B中x1、x2、x3、x4、x5、x6均起作用，因此选择方法B更合理，更易减小偶然误差．本实验中误差来源较多，例如：阻力不恒定、交流电频率不稳定，长度测量不准确、数据处理方法等．•(二)调用所学解题•x1、x6x1、x2、x3、x4、x5、x6B偶然阻力不恒定、交流电频率不稳定等限时规范特训