南方新课堂2014届高考物理一轮课件：实验一：研究匀变速直线运动

实验一：研究匀变速直线运动1．实验原理：研究物体做匀变速直线运动，最基本的是测出位移和时间的关系，运用匀变速直线运动的规律，对纸带数据进行处理．2．器材与装置(1)器材：小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、米尺、细绳、复写纸片．(2)装置：按图S1－1所示安装实验仪器，让带有纸带的小车在重物的拉动下运动，分析实验所得的纸带．图S1－13．注意事项(1)开始时要把小车停在打点计时器处，再让小车运动，以便在纸带上打下足够的点．(2)先接通电源再放开小车．(3)选择点迹清晰的纸带，在纸带上选择点间间隔较大的一段内的点作为计数点，并做好标记供分析用．(4)将纸带平放在水平桌面上，用米尺测量任一计数点到基准点间的距离并做好记录．(分段测量会增大误差)(5)小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量误差，一般能在约50cm的纸带上清楚取7～8个计数点为宜．(6)纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦．4．实验技巧(1)纸带选择：从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清晰的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O作为基准点，然后每5个点取一个计数点(或者说每隔4个点取一个计数点)A、B、C、……这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算，并测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3……(2)判断物体运动的性质：利用s1、s2、s3……可以计算相邻相等时间内的位移差s2－s1、s3－s2、s4－s3……如果各Δs的差.9T值不等于零且相差较小，可认为它们是相等的，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动．(3)求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：应用做匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速度等于该段时间(4)求被测物体的加速度有三种方法．方法一：“逐差法”．从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则a＝(s4＋s5＋s6)－(s1＋s2＋s3)2中间时刻的瞬时速度，如vB＝sAB＋sBC2T.(m－n)T方法二：利用任意两段相邻计数点间的位移求加速度，即a＝sm－sn2，最后取平均值．方法三：利用v－t图象求加速度．求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如图S1－2所示的v－t图线，图线的斜率就是加速度a.图S1－2【跟踪训练】1．(惠州2013届调研)某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了在不同拉力下的A、B、C、D等几条较为理想的纸带，并在纸带上每5个点取一个计数点，即相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5…….如图S1－3所示甲、乙、丙三段纸带，分别是从三条不同纸带A上撕下的，其中一条纸带A如图S1－4所示．图S1－3图S1－4(1)在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带A的是________．(2)打A纸带时，物体的加速度大小是________m/s2(3)打点记时器打A纸带1号计数点时小车的速度为________(保留两位有效数字)乙0.46解析：(1)根据匀变速直线运动的特点，可知s12－s01＝s34－s23＝s23－s12，可得s34＝3s12－2s01＝3×6.11cm－2×3.00cm＝12.33cm，显然乙纸带最接近．(2)根据Δs＝aΔT2求解．(3)计数点1的瞬时速度等于0～2这两点间的平均速度．3.112．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图S1－5所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有4个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.图S1－5(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝______m/s，CE间的平均速度为________m/s；(2)以打B点时为计时起点，建立v－t坐标系如图S1－6所示．请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线；图S1－6(3)根据图线可得小车运动的加速度为______m/s2.解析：(1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.1s(2)v－t图象如图1所示．所以vB＝sAC2×0.1s＝0.050.2m/s＝0.25m/svCE＝sCE2×0.1s＝0.14－0.050.2m/s＝0.45m/s.图1(3)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度，即a＝0.55－0.250.3m/s2＝1m/s2.答案：(1)0.250.45(2)如图1所示．(3)1题型利用纸带求物体的加速度和瞬时速度【例题】(2013年重庆模拟)某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f＝50Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点．因保存不当，纸带被污染，如图S1－7所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：sA＝16.6mm，sB＝126.5mm，sD＝624.5mm.图S1－7若无法再做实验，可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为________s；(2)打C点时物体的速度大小为________m/s(结果保留两位有效数字)；(3)物体的加速度大小为________________(用sA、sB、sD和f表示)．思路点拨：(1)打点计时器的频率f＝50Hz，则纸带相邻计(2)根据做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度可求得打C点时物体的速度．(3)根据做匀变速直线运动的物体相邻相等时间内的位移差Δs＝at2可求得物体的加速度．时点的时间间隔Δt＝1f＝0.02s，进而求相邻计数点的时间．解析：(1)打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为T＝0.1s.(2)打C点时物体的速度等于BD段平均速度，即(3)做匀加速直线运动的物体的位移特征是相邻相等时间间隔内的位移以aT2均匀增大，有sBC＝sAB＋aT2，sCD＝sBC＋aT2＝sAB＋2aT2，sBD＝2sAB＋3aT2vC＝sD－sB2T＝(624.5－126.5)×10－32×0.1m/s＝2.5m/s.所以a＝sBD－2sAB3T2＝sD－sB－2sB－sA3T2＝sD－3sB＋2sAf275.答案：(1)0.1(2)2.5(3)sD－3sB＋2sAf275【触类旁通】1．(广东六校2012届高三联考)图S1－8所示为在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0～5六个点，测出1～5各点到0点的距离如图S1－8所示．图S1－8(1)由纸带可判定小车做______________运动．(2)若小车做匀变速直线运动，那么当打计数点3时小车的速度为________m/s,小车的加速度大小为________m/s2.(结果保留三位有效数字)匀减速直线0.5041.502．(2013年苏州调研)实验室常用的电磁式打点计时器用的是低压________(填“直流”或“交流”)电源．某次实验连续打了一系列点的纸带如图S1－9所示，由此可以判断，这段纸带的运动属于________(填“匀速”或“匀变速”)直线运动，纸带上AB段运动的时间t＝_______s，AB段的平均速度v＝____m/s.(结果保留三位有效数字)匀变速0.081.15图S1－9交流易错点用“逐差法”求加速度【例题】某同学在“测匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每隔4个点取1个计数点)，其相邻点间的距离如图S1－10所示．打点计时器每隔0.02s打一次点．图S1－10根据以上数据：(1)计算出小车运动的加速度为a＝________m/s2；(2)计算出打下D点时小车的瞬时速度vD＝________m/s；(3)计算出打下A点时小车的瞬时速度vA＝________m/s.(以上计算结果均保留两位小数)错解分析：(1)由a1＝s2－s1T2，a2＝s3－s2T2，…，a5＝s6－s5T2，取平均值，有a＝a1＋…＋a55＝s6－s15T2＝(193.5－37.5)×10－35×0.12m/s2＝3.12m/s2.(3)vA＝0.错因分析：没有用“逐差法”求加速度，而是用平均法，最后只用到了s6和s1，六个实验数据只有两个被使用，偶然误差太大，这种方法不可取，应该用“逐差法”；在计算A点速度时，误认为A点为整个纸带上的第一个点，而A点只是从纸带中取得的一个较清晰的点，并不是初速度为零的那一点．正确解析：(1)用“逐差法”，s4－s1＝s4－s3＋s3－s2＋s2－s1＝3aT2，同理，s5－s2＝3aT2，s6－s3＝3aT2则a1＝s4－s13T2，a2＝s5－s23T2，a3＝s6－s33T2取平均值a＝a1＋a2＋a33＝(s6＋s5＋s4)－(s3＋s2＋s1)9T2＝[193.5＋163.0＋131.5－(100.5＋69.0＋37.5)]×10－39×0.12m/s2＝3.12m/s2.(2)vD＝s3＋s42T＝(100.5＋131.5)×10－32×0.1m/s＝1.16m/s.(3)AD段距离sAD＝vAt＋12at2又sAD＝s1＋s2＋s3＝0.207m，a＝3.12m/s2，t＝0.3s可解得vA＝0.22m/s.指点迷津：关于给出多段数据的纸带，在求解加速度时，一般会有三种想法：一是只选择里边的两小段计算，这种方法不能用的原因是没有充分利用数据，误差较大；第二种是每两组算出一个加速度，再求平均值，这样会把中间的数据都约掉，也不可取；三是逐差法，这种方法可以把所有的实验数据使用上，偶然误差小，是科学的计算加速度的方法．【纠错强化】1．某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图S1－11所示．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E.测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm，CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为_________m/s，小车运动的加速度大小为__________m/s2，AB的距离应为__________cm.(结果保留三位有效数字)解析：做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，则＝0.986m/s小车的加速度vC＝sAC＋sCD＋sDE4T＝14.56＋11.15＋13.734×0.1×10－2m/s图S1－11答案：0.9862.585.99a＝(sCD＋sDE)－sAC4T2＝13.73＋11.15－14.564×0.12×10－2m/s2＝2.58m/s2由于vC＝sBC＋sCD2T所以sBC＝2T·vC－sCD＝(2×0.1×0.986－0.1115)m＝0.0857m故sAB＝sAC－sBC＝5.99cm.