2017年高考物理一轮复习精品学案：实验01+研究匀变速直线运动(解析版)

【实验一长度的测量】实验目的练习正确使用刻度尺和游标卡尺测量长度。测量一段金属管的长度、内径和外径；测量一个小量筒的深度。实验器材刻度尺，游标卡尺，金属管，小量筒。实验原理1．刻度尺刻度尺的规格实验中常用的刻度尺是米尺，米尺的最小分度是1mm，量程不等，测量中常用的米尺有钢卷尺、木直尺、带刻度的三角板等。2．游标卡尺(1)游标卡尺的构造如图所示，它的左测量爪固定在主尺上并与主尺垂直，右测量爪与左测量爪平行，固定在游标尺上，可以随同游标尺一起沿主尺滑动。在下图中，上边是内测量爪，用来测槽宽和管的内径；下边是外测量爪，用来测物体的厚度或管的外径；有些游标卡尺在主尺背后嵌着一根窄片，它和游标尺固定在一起，随着游标尺沿主尺滑动，用来测量槽或孔的深度。(2)常见的游标尺按游标尺刻度的格数分成以下3种游标尺(mm)精度测量结果(游标尺上第n个格刻度格数刻度总长度每小格与1mm差(mm)与主尺上的刻度线对齐时/mm)102050919490.10．050．020.10．050．02主尺上读的毫米数＋0.1n主尺上读的毫米数＋0.05n主尺上读的毫米数＋0.02n(3)游标卡尺读数的技巧①读数时以mm为单位来读，读出后再按要求化成其他单位。②以主尺读数时一定要读离游标零刻度线左边最近的主尺刻度线的值。③在读小数部分时一定要认清第几根刻度与主尺的刻度对齐。④一定要弄清所用卡尺的精确度。⑤若用X表示由主尺上读出整的毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表达为：(X＋K×精确度)mm。实验步骤1．用刻度尺测量金属管的长度，每次测量后让金属管绕轴转过约45°，再测量下一次，共测量4次。把测量的数据填入表格中，求出平均值。2．用游标卡尺测量金属管的内径和外径。测量时先在管的一端测量两个互相垂直方向的内径(或外径)，再在管的另一端测量两个互相垂直方向的内径(或外径)，把测量的数据填入表格中，分别求出内径和外径的平均值。3．用游标卡尺测深度金属管小量筒长度l/mm内径d内/mm外径d外/mm深度h/mm1234平均值注意事项1．刻度尺的刻度线要紧贴金属管，并且读数时视线与刻度线要对齐，避免误差；如果刻度尺端头有磨损，测量起点不要选在“0”刻度线。2．分清游标卡尺的精确度是多少？读数时应使视线与尺垂直，避免产生误差。3．读数时可应用下列公式方法进行：测量值＝主尺读数＋游标尺与主尺刻度线对齐的格数×精确度，单位是“mm”。精确度等于主尺最小分度的长度除以游标尺刻度的格数。在“主尺读数”时一定要读游标零刻度线左边最近的主尺刻度线的值。4．在游标卡尺测量金属管的外径时，金属管不可在钳口间移动或压得太紧，以免磨损钳口；用游标卡尺测量金属管的外径、内径和量筒的深度时，当游标卡尺放在合适的位置后，应适当旋紧固定螺钉，然后再读数。5．如果游标卡尺的读数是以试卷的形式出现，则一定要注意区分“0”刻度线与游标尺的边线。6．在完成“主尺读数”和“游标尺读数”之和的运算过程中，其单位必须统一；游标卡尺的读数不作有效数字要求。误差分析ziyuanku.com1．当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线与主尺的零刻线重合时，游标卡尺不存在零误差，可以直接进行测量；当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线与主尺的零刻线不重合时，游标卡尺存在零误差，测量、读数的方法依旧，但最后的数据在处理时要考虑零误差的影响。2．当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线在主尺零刻线的右侧，则用读数的方法读出零误差，用最终的读数减去零误差。3．当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线在主尺零刻线的左侧，则用读数的方法读出此时的零误差，最后的数据等于最终的读数减去零误差加1。4．只要操作正确，本实验的误差主要为系统误差，用游标卡尺测量的读数属于可靠数字，其误差小于精度的50%。【实验二练习使用打点计时器】一、实验目的练习使用电火花计时器或电磁打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。二、实验器材电火花计时器或电磁打点计时器，纸带，刻度尺，导线，电源三、实验步骤（1）把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确的套在纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确的穿好，墨粉纸盘是否已经夹在两条白纸带之间。（2）把计时器上的电源插头插在交流220V电源插座上。（3）按下脉冲输出开关，用手水平的拉动两条纸带，纸带上就打下一列小点。（4）取下纸带，从能看得清的某个点开始，数一数纸带上共有多少个点。如果共有n个点，点子的间隔数就为n-1个，用t=0.02(n-1)s计算出纸带的运动时间t.（5）用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的距离s有多长。（6）利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度。把测量和计算的结果填入表1中。表1点子数n点子间隔数（n-1）运动时间t/s位移s/m平均速度)/(1smv（7）在纸带上找出连续的6个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F。用刻度尺测出两个相邻点间的距离s1、s2、s3、s4、s5（如图所示）把数据填入表2中。根据这些数据，运用你学过的知识，判断纸带的运动是匀速运动还是变速运动，并把判断的结果和理由写清楚。表2A和B的距离s1/mB和C的距离s2/mC和D的距离s3/mD和E的距离s4/mE和F的距离s5/m判断的结果和理由如果用电磁打点计时器，则实验步骤的前三步相应的应当是：（1）把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面；（2）把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6V的低压交流电源的接线柱相连接；（3）打开电源开关，用手水平的拉动纸带，纸带上就打上一列小点。然后，重复上面步骤（4）至（7），完成实验。···········ABCDEFs1s2s3s4s5四、注意事项：（1）将打点计时器固定在桌子上，以免在拉纸带时晃动它，并要轻轻试拉纸带，应无明显阻滞现象，同时复写纸应该能随纸带的移动而移动。必要时，可通过定位轴的前后移动来调节复写纸的位置。（2）若纸带上出现双点或漏点现象，可通过适当调整振动片的长度予以纠正，若纸带上出现拖痕和点迹不清，应调整振针长度。【实验三研究匀变速直线运动】一、实验目的1．练习使用电火花计时器或电磁打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。2．掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。3．测定匀变速直线运动的加速度。二、实验原理实验原理和方法1．打点计时器的使用(1)电磁打点计时器：电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的仪器，它的工作电压为4～6V。当通过的电流频率为f＝50Hz时，它每隔0.02s打一次点。(2)电火花计时器：电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的计时仪器。当电火花计时器接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、接负极的纸盘轴(墨粉纸盘)，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一列点迹，当电源频率为50Hz时，它的脉冲放电周期也是0.02s，即每隔0.02s打一个点。2．由纸带求物体运动加速度的方法(方法一)逐差法：取偶数段位移因为(x4－x3)＋(x3－x2)＋(x2－x1)＝x4－x1＝3aT2同理有x5－x2＝x6－x3＝…＝3aT2所以，我们可以由测得的各段位移x1，x2……求出a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2……再由a1，a2…算出平均值a＝13(a1＋a2＋a3)＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2就是所要测得的加速度。(方法二)图象法：如图所示，以打某点为计时起点，由vn＝xn＋xn＋12T求出各个计数点的瞬时速度，作v－t图象，图象的斜率即为物体的加速度。3．求物体在打下某计数点时瞬时速度的方法v1＝x1＋x22T(时间2T内的平均速度等于该段时间中点T时刻的瞬时速度)。实验器材电火花计时器或电磁打点计时器，纸带，电源，小车，细绳，一端附有滑轮的长木板，刻度尺，钩码，导线。实验步骤1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并把滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。资*源%库ziyuanku.com2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面。3．把小车停在打点计时器处。先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，重复实验三次。数据处理1．从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即T＝0.1s。2．正确使用毫米刻度尺测量每相邻的两计数点间的距离，并填入表内，用逐差法求出加速度，最后求其平均值(请读者自己设计表格)。3．也可求出各计数点对应的瞬时速度，作出v－t图象，求直线的斜率，即物体运动的加速度。误差分析本实验参与计算的量有x和T，因此误差来源于x和T。调整好打点计时器，由于市电的频率很稳定，其误差小于±0.2Hz，故可将打点时间误差忽略不计。若测各个x时用最小分度为1mm的刻度尺，其误差一般不超过0.5mm。若点子打得清晰而小，则误差可小于0.2mm。因此我们应选择点子打得小而清晰的纸带，且要用最小分度为1mm的刻度尺估测到0.1mm，并要求眼睛要正对点和刻度尺，以尽量减小误差。高频考点一基本仪器及纸带数据处理例1．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是()．打点计时器一般使用4～6V的直流电源B．安放纸带时，应把纸带放在复写纸的上面C．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器D．最好在接通电源的同时，放开小车答案C【变式探究】(2015·浙江理综·15)如图2所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt.测得遮光条的宽度为Δx，用ΔxΔt近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度．为使ΔxΔt更接近瞬时速度，正确的措施是()图2A．换用宽度更窄的遮光条B．提高测量遮光条宽度的精确度C．使滑块的释放点更靠近光电门D．增大气垫导轨与水平面的夹角答案A$来&源：ziyuanku.com解析ΔxΔt是Δt时间内的平均速度，Δt越小，ΔxΔt就越接近某点的瞬时速度．A选项中换用宽度更窄的遮光条，就是取更短的时间Δt，A正确；B、C、D选项中的处理不能保证Δt很短，ΔxΔt不能确定更接近瞬时速度，选项B、C、D错误．【方法技巧】认识“两种仪器”，区别“两种点”1．打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点．(2)工作条件Ziyuanku.com①电磁打点计时器：4～6V的交流电源．②电火花计时器：220V的交流电源．2．气垫导轨：导轨小孔中喷出的气体使滑块处于悬浮状态，减小滑块与导轨间的摩擦阻力．3．计时点和计数点(1)计时点和计数点的比较计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02s；计数点是人们根据需要按一定的个数选择的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择的个数而定，如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点，时间间隔都是0.1s.(2)纸带上相邻的两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计数点越稀疏．高频考点二实验原理与实验操作例2．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是()A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动答案A【变式探究】在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________.A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B．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C．再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，每次必须由静止释放小车D．