2020届高三物理一轮复习 第一章 实验一 研究匀变速直线运动课件

核心考点•互动探究目录ONTENTSC章末检测卷实验一研究匀变速直线运动第一章运动的描述匀变速直线运动的研究一、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．二、实验原理与要求[基本实验要求]1．实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸．2．实验步骤(1)按照实验原理图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源；(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；(3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车；(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．3．注意事项(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．(2)两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；实验完毕应先断开电源，后取纸带．(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞．(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差产生的影响，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．[规律方法总结]1．数据处理(1)目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等．(2)处理的方法①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质．②利用逐差法求解平均加速度(如图所示)a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2⇒a＝a1＋a2＋a33.③利用平均速度求瞬时速度：vn＝xn－1＋xn2T.④利用速度—时间图象求加速度a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；b．剪下相邻计数点间的纸带紧排在一起求解加速度．2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动(1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离．(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02ns(打点计时器的频率为50Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)．(4)Δx＝aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量．这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．考点一基本实验仪器及数据处理1．[打点计时器]打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器，目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和________计时器两种，它们所接电源均为频率为50Hz的交流电源，但前者所接的电源电压为________V，后者所接的电源电压为________V，振针每隔________s打下一点．现在使用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于50Hz时，若仍按照50Hz计算，则测出的速度值将比真实值________．解析：打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器，目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种，它们所接电源均为频率为50Hz的交流电源，但前者所接的电源电压为4～6V，后者所接的电源电压为220V，振针每隔0.02s打下一点，当电源频率低于50Hz时，打点时间间隔T大于0.02s，由v＝xt可知实际计算中时间t偏小，则测出的速度值将比真实值大．答案：电火花4～62200.02大2．[数据处理](2019·陕西西安模拟)在用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，而相邻计数点间还有4个点未画出．打点计时器所接电源频率为50Hz.(1)根据________可以判定小车做匀加速运动．(2)根据运动学有关公式可求得vB＝_______m/s，vC＝_______m/s，vD＝______m/s.(3)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的v­t图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2.(4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________m/s，则此速度的物理意义是______________________________________________________________________．解析：(1)由纸带上的点可以看出xAB＝7.5cm，xBC＝20.1cm，xCD＝32.7cm，xDE＝45.3cm，xDE－xCD＝xCD－xBC＝xBC－xAB＝12.6cm，相邻相等时间间隔内的位移差相等，所以小车做匀加速直线运动．(2)由于相邻计数点间还有四个点未画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1s，根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，则vB＝xAC2T＝0.2760.2m/s＝1.38m/s，vC＝xBD2T＝0.603－0.0750.2m/s＝2.64m/s，vD＝xCE2T＝1.056－0.2760.2m/s＝3.90m/s.(3)作图时注意，尽量使描绘的点落在直线上，若不能落在直线上，尽量让其分布在直线两侧．利用求得的数值作出小车的v­t图线(以打A点时开始计时)，并根据图线斜率求出小车运动的加速度a＝ΔvΔt＝12.6m/s2.(4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是零时刻的速度，为0.12m/s，此速度的物理意义是打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度．答案：(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等(2)1.382.643.90(3)图见解析12.6(4)0.12打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度[规律方法]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为相邻计数点之间的时间间隔)，求出a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，然后取平均值，即a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，a即为物体的加速度．2．图象法：利用vn＝xn－1＋xn2T求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出v­t图象，用v­t图象的斜率求物体运动的加速度．考点二实验原理与实验操作3．[实验操作]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．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的起始点下面记作0，往后第五个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离G．根据公式a1＝x4－x13T2、a2＝x5－x23T2、a3＝x6－x33T2及a＝a1＋a2＋a33，求出a解析：在实验中应尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小系统误差又要减小偶然误差．其中E项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源．答案：ABCDFG4．[实验原理及操作]某人用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动．安装调整好实验器材后，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，取几个计数点，如图乙中a、b、c、d等点．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，在下列器材中，必须使用的有________(填选项前字母)．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)实验操作中，下列合理选项是()A．先通电，后释放小车B．先释放小车，后通电C．本实验需要垫高长木板一端以平衡摩擦力D．本实验不需要垫高长木板一端以平衡摩擦力(3)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________，已知打点计时器所用交流电频率为50Hz，刻度尺测得相邻各点间的距离为x1＝3.62cm，x2＝4.75cm，x3＝5.88cm，x4＝7.01cm，小车的加速度是________m/s2(计算结果保留三位有效数字)．(4)如果实际电源频率低于50Hz，则加速度的计算结果比实际________．(选填“偏大”“偏小”或“不影响”)解析：(1)本实验用到了打点计时器，那么就应该配备交流电源，这样才可以在纸带上周期性的打点，又因为要测量两点之间的距离，所以还会用到测量长度的工具即刻度尺，所以选A、D.(2)为了充分合理利用纸带，应该先打开电源，然后再释放小车，因为本实验是研究匀变速直线运动，只要运动中加速度恒定即可，所以没有必要平衡摩擦力，故选A、D.(3)由于小车做匀加速运动，所以相邻相等时间内的位移差是恒定的，即x2－x1＝x3－x2，由Δx＝aT2，代入数据可得a＝1.13m/s2.(4)如果实际电源频率低于50Hz，则表示在测量时间的时候把时间测小了，由a＝ΔxT2，得测得的加速度偏大．答案：(1)AD(2)AD(3)x2－x1＝x3－x21.13(4)偏大[规律总结]1．在研究匀变速直线运动的实验中，只需保证小车做匀变速直线运动，与加速度的大小和决定其大小的因素无关，因此没必要要求小车的质量远大于钩码的质量及平衡摩擦力．2．为了减小误差，在相邻两段Δx不严格相等的情况下，计算加速度时应用逐差法．考点三实验创新设计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意迁移、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．创新角度实验装置图创新解读(2017·高考全国卷Ⅱ)1.滑块在斜面上靠重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合力获得加速度．2.挡光片经过光电门的平均速度作为滑块速度．实验原理的创新(2015·高考全国卷Ⅱ)1.物块在斜面上靠重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合力获得加速度．2.由纸带确定物块的加速度．3.结合牛顿第二定律求动摩擦因数．创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新(2016·高考全国卷Ⅰ)1.重物自由下落靠重力获得加速度．2.交流电源的频率可选．3.利用电源的频率f和纸带信息求重物的瞬时速度和下落的重力加速度.实验器材的创新(2017·高考全国卷Ⅰ)1.用滴水针头替代打点计时器打纸带．2．小车在水平桌面上因摩擦做匀减速运动.5.(2017·高考全国卷Ⅰ)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(a)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间