2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套课件：实验一-研究匀变速直线运动

实验一研究匀变速直线运动【实验目的】1.练习正确使用打点计时器,学会利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。【实验原理】1.打点计时器：(1)作用：计时仪器,当所用交流电源的频率f=50Hz时,每隔0.02s打一次点。(2)工作条件：电磁打点计时器,6V以下交流电源;电火花计时器,220V交流电源。(3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点,要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的,时间间隔均为0.1s。2.匀变速直线运动的判断：(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T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。(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度,作出物体运动的v-t图像。若v-t图线是一条倾斜的直线,则说明物体的速度随时间均匀变化,即做匀变速直线运动。3.由纸带求物体运动速度的方法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,vn=nn1xx2T。4.利用纸带求物体加速度的两种方法：(1)逐差法：根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a3=，再算出a1、a2、a3的平均值a=52411222xxxxa,a,3T3T632xx3T123aaa3526341222xxxxxx1()33T3T3T4561232xxxxxx9T，即为物体的加速度。(2)图像法：如图所示，以打某计数点时为计时起点，利用求出打各点时的瞬时速度，描点得v-t图像，图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。nn1nxxv2T【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、电源、复写纸。【实验过程】一、实验步骤1.仪器安装：(1)把一端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,细绳跨过定滑轮,下边挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行。2.测量与记录：(1)把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。(2)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,从后边便于测量的点开始确定计数点,为了计算方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即计数点的时间间隔为T=0.1s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计的表格中。(3)利用某一段时间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的瞬时速度。(4)增减所挂钩码的个数,再重复实验两次。二、数据处理1.由实验数据得出v-t图像：(1)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中仔细描点。(2)作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各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图线,它是一条倾斜的直线,如图所示。2.由实验得出的v-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律：(1)直接分析图像的特点得出。小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值Δt时,速度也会增加相同的值Δv,由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化。(2)通过函数关系进一步得出。既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成线性关系,小车的速度随时间均匀变化。【误差分析】1.偶然误差：(1)纸带上计数点间距测量有偶然误差,故要多测几组数据,以尽量减小误差。(2)用作图法作出的v-t图像并不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸,在纵、横轴上选取合适的单位,用细铅笔认真描点。2.系统误差：(1)纸带运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起误差,所以安装时纸带、细绳要与长木板平行,同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。(2)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。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。【注意事项】1.平行：纸带、细绳要和长木板平行。2.靠近：释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。3.先后顺序：实验时应先接通电源,后释放小车;实验后先断开电源,后取下纸带。4.防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地,小车与滑轮碰撞。5.减小误差：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。6.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。7.准确作图：在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。【实验改进】1.用气垫导轨代替长木板或在木板上铺一层白纸以减小摩擦阻力。2.用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器。优点：通过以上装置的改进能最大程度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定,使小车尽可能做匀加速直线运动,以提高实验的精确度。热点1对实验原理和实验步骤的考查【例证1】某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。实验步骤如下：A.安装好实验器材。B.让小车拖着纸带运动,打点计时器在纸带上打下一系列小点,重复几次,选出一条点迹比较清晰的纸带,从便于测量的点开始,每五个点取一个计数点,如图乙中a、b、c、d等点。C.测出x1、x2、x3…。结合上述实验步骤,请你继续完成下列任务：(1)实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下列仪器和器材中,必须使用的有。(填选项代号)A.电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.秒表D.刻度尺E.天平F.重锤G.弹簧测力计(2)如果小车做匀加速运动,所得纸带如图乙所示,则x1、x2、x3的关系是,已知打点计时器打点的时间间隔是t,则打c点时小车的速度大小是。【解题探究】(1)打点计时器使用什么样的电源?提示：打点计时器使用50Hz的低压交流电源。(2)计数点间的距离用什么测量?提示：刻度尺。(3)做匀变速直线运动的物体相邻相等时间内的位移存在什么关系?提示：做匀变速直线运动的物体相邻相等时间内的位移之差是恒量。【解析】(1)实验中打点计时器要使用50Hz的低压交流电源;测量x1、x2、x3要使用刻度尺;实验中无需使用秒表、天平、重锤和弹簧测力计,故选A、D。(2)因小车做匀加速直线运动,所以相邻相等时间内的位移之差是恒量,故x3-x2=x2-x1;c点是bd段的时间中点,则c点的瞬时速度等于该段的平均速度,即vc=答案：(1)A、D(2)x3-x2=x2-x12323xxxx25t10t。23xx10t热点2对数据处理和误差分析的考查【例证2】(2014·银川模拟)某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图,已知频闪仪每隔0.05s闪光一次,图中所标数据为实际距离。(当地重力加速度取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字)(1)由频闪照片上的数据计算t4时刻小球的速度v4=m/s。(2)小球上升的加速度大小约为a=m/s2。(3)对(2)的数据进行分析,可得到的结论是___________________________________________________________________________。【解题探究】(1)为减小实验误差,计算加速度的方法为_______。(2)请分析小球上升过程中,除受重力作用外,还受什么力的作用?提示：小球上升过程中,除受重力作用外,还会受到空气阻力作用。逐差法【解析】(1)做匀变速直线运动的物体,某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故t4时刻的瞬时速度等于t3～t5时间段的平均速度,即(2)由Δx=aT2得,小球的加速度大小为(3)小球的加速度大于重力加速度,是由于小球上升过程中受到空气阻力的作用。答案：(1)3.98(2)10.0(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用234421.1618.6610hhvm/s3.98m/s2T20.05－。123422222hhhh26.1823.6821.1618.66a10m/s10.0m/s4T40.05－－－。高考考情演变装置时代化高考考情演变求解智能化1.加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度→长木板倾斜靠重力获得加速度。2.速度的测量方法：由打点纸带求速度→测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间Δt,由v=求速度。3.加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度→利用经过两个光电门的瞬时速度,由速度位移关系式求加速度。dΔt复习启示：高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,是在教材实验的基础上创设新情境。因此,要在夯实基础实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。