实验一 研究匀变速直线运动
实验1:测定匀变速直线运动的加速度
实验一:研究匀变速直线运动,测定匀变速直线运动的加速度(含练习使用打点计时器) 实验原理1.打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02s 打一次点(由于电源频率是50Hz ),纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况。
2.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:如图所示,0、1、2……为时间间隔相等的各计数点,s 1、s 2、s 3、……为相邻两计数点间的距离,若2132........s s s s s ∆=-=-==恒量,即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。
右图为打点计时器打下的纸带。
选点迹清楚的一条,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 ,然后(每隔5个间隔点)取一个计数点A 、B 、C 、D …。
测出相邻计数点间的距离s 1、s 2、s 3 … 利用打下的纸带可以:求任一计数点对应的即时速度v :2Ts s 1)(n n ++==v v n ;如Ts s v c 232+=(其中T=5×0.02s=0.1s ) 3.由纸带求物体运动加速度的方法: (1)利用上图中任意相邻的两段位移求a :如223T s s a -= (2)用“逐差法”求加速度:即根据2415263s 3s s s s s aT -=-=-=(T为相邻两计数点间的时间间隔)求⇒++=⇒===3a a a a 3T s -s a ;3T s -s a ;3T s -s a 321236322522141()()23216549T s s s s s s a ++-++=再算出a 1、a 2、a 3的平均值即为物体运动的加速度。
(3)用v-t 图法:即先根据2Ts s 1)(n n ++=nv ;求出打第n 点时纸带的瞬时速度,再求出A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的即时速度,画出如图的v-t 图线,图线的斜率即为物体运动的加速度。
实验01 研究匀变速直线运动(解析版)
实验01研究匀变速直线运动●注意事项1.平行:纸带和细线要和长木板平行。
2.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;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,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6-7个计数点为宜。
5.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。
●误差分析1.使用刻度尺测量计数点间距离时有误差。
2.作v-t图象时出现作图误差。
3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同。
4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差。
【典例1】[常规实验——基本仪器及原理]打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器,下图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的,(1)乙图是________计时器(填“电磁打点”或“电火花”),所接电源为频率为50Hz的__________V的________电源时(填直流或交流),每隔_________s打一次点;(2)在某次实验中,小车拖动纸带做匀加速直线运动,打点计时器所用的电源频率为50Hz,实验得到的一条纸带如下图所示,纸带上每5个点取一个计数点,按时间顺序取A、B、C、D、E五个计数点,实验中已得出相邻两计数点间的距离如下图所示(单位:cm)①实验中,必要的措施是________(多选);A.细线必须与长木板平行B.先释放小车再接通电源C.挂的钩码个数越多越好D.小车应从靠近打点计时器处释放②从纸带可以看出物体在做________________直线运动,在计数点B所代表的时刻,小车运动的瞬时速度大小为v B=__________m/s,小车的加速度大小为a=___________m/s2(保留三位有效数字......)。
实验一 研究匀变速直线运动
一、误差和有效数字 1.测量误差按其产生的原因和性质可分为 系统误差 和 偶然误差两类。 2.测量误差按分析数据可分为绝对误差和相对误差两类。 绝对误差是测量值与真实值之差,它反映测量值偏离真 实值的大小,它表示一个测量结果的可靠程度,但在比较不 , 同测量对象时则不适用。相对误差是绝对误差与真实值之比 常用百分数表示,它反映了实验结果的精确程度。例如两物 体的长度分别为 1 cm 和 100 m,误差分别为 0.1 cm 和 1 m, 后者测量相对误差更小,可靠程度要高些。
图实14
(1)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。(保 留三位有效数字)
位置
速度(m·s-1)
B
0.737
(2)如果小车做匀加速运动,所得纸带如图乙所示,则 x1、
x3-x2=x2-x1 x2、x3 的关系是____________________ ,已知打点计时器打点的 x2+x3 10t 时间间隔是 t,则打 c 点时小车的速度大小是_______________ 。
考查匀变速直线运动的判断 考查由纸带求物体运动速度的方法 连续相等时间内的位移之差为恒量,即x2-x1=x3 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速 -x2=x4-x3=… =恒量,物体做匀变速直线运动。 x +x +
一、误差和有效数字
1.测量误差按其产生的原因和性质可分为 系统误差 和 偶然误差两类。 (1)系统误差 ①产生的原因:系统误差主要是由仪器本身的缺陷、公 式和实验原理不够严密等原因造成的。 ②特点:实验结果相对真实值的偏差总是具有相同的倾向 性,即总是偏大或偏小. ③减小系统误差的方法:改善实验原理、提高实验仪器的 测量精度、改善实验条件和实验环境等。 (2)偶然误差 ①产生的原因:偶然误差主要是由各种偶然因素引起的。 ②特点:有时偏大,有时偏小,且偏大和偏小的机会均等。 ③减小偶然误差的方法:多次测量 求平均值。
实验一 研究匀变速直线运动
答案:(1) d6 d4 10T
︱高中总复习︱一轮·物理
(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图(乙)所给坐标系中
作出v-t图像,并求物体的加速度a=
m/s2;
︱高中总复习︱一轮·物理
解析:(2)作出 v t 图像,a= v = 0.29 0.125 m/s2≈0.413 m/s2; t 0.5 0.1
︱高中总复习︱一轮·物理
完成下列填空:
(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小,用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,
则 v 与 vA,a 和Δ t 的关系式为 v =
.
(2)由图(c)可求得vA=
cm/s,a=
cm/s2.(结果保留三位有效数字)
解析:(1)设遮光片末端到达光电门的速度为 v,则由速度时间关系可知,v=vA+aΔt,且 v = vA v , 2
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实验一 研究匀变速直线运动
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●注意事项 1.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后取纸带. 2.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮 相撞. 3.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能 在约50 cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜. 4.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. ●误差分析 1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差. 2.作v-t图像时出现作图误差. 3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同. 4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差.
2022届高考物理一轮复习 第4讲 实验一研究匀变速直线运动 讲义
第4讲实验一研究匀变速直线运动双基知识:一、实验目的1.练习正确使用打点计时器,学会利用打点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.掌握使用速度—时间图像求加速度的方法。
4.掌握使用逐差法计算匀变速直线运动加速度的方法。
二、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。
[部分器材用途]钩码通过细绳跨过定滑轮拖拽小车加速运动纸带记录小车在每次打点间隔时间内的运动情况刻度尺用于测量计数点间的距离三、实验原理1.实验原理图2.打点计时器(1)电磁打点计时器:6V以下交流电源。
(2)电火花计时器:220V交流电源。
(3)当所用交流电源的频率f=50Hz时,每隔0.02s打一次点。
若交流电的频率变化,对应打点时间间隔也会发生变化。
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。
4.匀变速直线运动的判断(1)若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量,即Δx=aT2,则物体做匀变速直线运动。
(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vt图像,若图像是一条倾斜的直线,则物体做匀变速直线运动。
5.由纸带计算某点的瞬时速度根据匀变速直线运动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vn =xn+xn+12T来计算。
6.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+x39T2,即为物体的加速度。
专题一 实验一:研究匀变速直线运动
解析:(1)小车在阻力的作用下,做减速运动,由图乙知, 从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小,所以小车在桌面上是从 右向左运动;(2)已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴, 所以相邻两水滴间的时间间隔为 Δt=3405 s=23 s,所以 A 点位置 的速度为 vA=0.1172+Δt0.133 m/s=0.19 m/s,根据逐差法可求加 速度(x4+x5)-(x1+x2)=6a(Δt)2,解得 a=0.038 m/s2.
图 S1-3
解析:(1)实验时细线必须与长木板平行,否则小车不做匀 变速直线运动,A 正确;实验开始时要先接通电源,待打点稳 定后再释放小车,B 正确;此实验中只需保证小车做匀加速运 动,不用考虑小车与钩码的质量关系及平衡摩擦力的问题,C、 D 错误.
(2)两点的时间间隔为 0.1 s,由逐差法可以得出 a= s6+s5+s49-T2s3-s2-s1=0.80 m/s2,打点计时器在打 B 点时小车 的速度 vB=s12+Ts2=0.40 m/s.
答案:(1)0.56 0.96 (2)2.0
考点 1 实验原理与操作 【典题 1】(2016 年天津卷)某同学利用如图S1-2 所示装置 研究小车的匀变速直线运动.
图 S1-2
(1)实验中,必要的措施是________. A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力
(4)Δt 越小,则 Δx 越接近计数点的瞬时速度,所以Δt 越小越 Δt
好,计算速度需要用到Δx 的测量值,所以Δx 大小与速度测量 的误差有关.
(5)如果小球的初速度为 0,其速度 v∝t,那么它通过的位 移 x∝t2.因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以 检验小球的速度是否随时间均匀变化.(要检验小球的速度是随 时间均匀变化的,可以检验小球运动位移与时间的平方成正比,
专题一:实验一:研究匀变速直线运动
-1
m/s
5.0
图2
题型 利用纸带求物体的加速度和瞬时速度 【例题】(2010 年重庆卷)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=50 Hz.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:
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.
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
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 50 cm 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
加速度 a=______m/s2.
(3)计算打下计数点 B 时小车的速度:vB=______m/s.
大一轮高考总复习物理(人教版)课件:实验01+研究匀变速直线运动
(3)如果小车做匀加速直线运动,测出前六段相等时间内的位移分别为x1、x2、 x3、x4、x5、x6,已知打点计时器打点的时间间隔是t,则小车的加速度a的表达式 为:__________
答案:(1)AD (2)x3-x2=x2-x1 (3)a=x4+x5+x262-5 tx2 1+x2+x3
____________ s打一次点.
(2)使用打点计时器时,接通电源与让纸带随小车开始运动,这两个操作过程的
操作顺序应该是( )
A.先接通电源,后释放纸带
B.先释放纸带,后接通电源
C.释放纸带的同时接通电源
D.哪个先,哪个后都可以
(3)实验中该同学从打出的若干纸带中选取一条纸带,如图所示,纸带上按时间 顺序取A、B、C、D四个计数点,每两个点之间还有四个点未画出,用尺子测得相 邻各点间的距离为x1=3.62 cm,x2=4.75 cm,x3=5.88 cm.
二、实验原理 从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间,量出相邻计数点间的距离,利用 平均速度求出瞬时速度;计算相邻计数点距离之差,看其是否是一个常数来确定运 动性质.
三、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 线、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片. 四、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.把一细线系在小车上,细线绕过滑轮,下端挂合适的钩码,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,接通电源,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.
三、误差分析 1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差. 2.作v-t图象时出现作图误差. 3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同. 4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差.
实验1 研究匀变速直线运动
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电压及频率的交流电源。 (2)木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度是所测量段 的平均加速度。对此可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。
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:细绳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。
(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔 T=___0_._1___ s。 x4+x5
(3)计数点 5 对应的瞬时速度大小的计算式为 v5=___2_T____。
(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为
x4+x5+x6-x1+x2+x3 a=____________9_T_2____________。
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长度(避免所描点 过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线或曲线,应作 一条直线。
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,常常在教材实验的基础上 创设新情景,从原理迁移和数据处理技巧方面进行创新。因此,要在掌握 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、 方法和技巧解决新问题。
考点 1 实验原理与实验步骤 例 1 (2020·江苏省苏锡常镇四市高三(下)二模)某实验小组同学利用电 磁打点计时器做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验。装置如图甲所 示,在调整好仪器后,正确操作得到点迹清晰的纸带。
高考物理必考实验专题突破一研究匀变速直线运动含解析
2020-2021年高考物理必考实验一:研究匀变速直线运动1.实验原理(1)利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设x1、x2、x3、x4、…为纸带上相邻两个计数点之间的距离,假如Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=常数,即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体做匀变速直线运动。
(2)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来求,即v n=x x+x x+12x。
(3)由纸带求物体运动加速度的方法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a1=x4-x13x2,a2=x5-x23x2,a3=x6-x33x2,再算出a1、a2、a3的平均值a=x1+x2+x33=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)9x2,也就是物体的加速度。
②图象法:求出打各个计数点时纸带的瞬时速度,再作出v-t图象,图线的斜率则为物体做匀变速直线运动的加速度。
2.实验器材打点计时器,一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
3.实验步骤(1)仪器安装①把附有定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T=0.1 s。
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。
实验一 研究匀变速直线运动(创新设计)
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高考模拟演练
热点二 实验拓展创新 1.情景拓展
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高考模拟演练
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2.改进获取数据的方法 (1)加速度的获得:靠重物的拉力获得加速度―改―进→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―改―进→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=Δdt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―改―进→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。
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实验基础梳理
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高考模拟演练
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1.如图8所示,甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的计时仪器。光电计 时器像打点计时器一样,也是一种研究物体运动情况的计时仪器,其结构如图丙 所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当一辆带有挡光片的小车从a、 b间通过时,光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。某同学在“探究小车速度 随时间变化规律”的实验中,做了一个U形遮光板如图丁所示,两个遮光片宽度 均为L=5 mm,将此U形遮光板装在小车上,让小车做匀变速直线运动通过静止 的光电计时器,实验时测得两次遮光时间分别为Δt1=0.10 s,Δt2=0.05 s,从第 一个遮光片遮光到第二个遮光片遮光经过的时间t=1 s,则:
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图3
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高考模拟演练
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(3)如图4所示,在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中,从得到的纸带中确定五 个计数点,量得d1=8.00 cm,d2=17.99 cm,d3=30.00 cm,d4=44.01 cm。每相邻两 个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC=________ m/s,小车的加速 度a=________ m/s2。(结果保留2位有效数字)
实验一研究匀变速直线运动
实验一研究匀变速直线运动基本实验要求1.实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片.2.实验步骤(1)按照实验原理图所示实验装置,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,下端挂合适的钩码,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,接通电源,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、细绳要与长木板平行.(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;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,防止钩码落地与小车与滑轮相撞.(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,加速度大小以能在约50 cm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与瞬时速度,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a1=x4-x13T2,a2=x5-x23T2,a3=x6-x33T2⇒a=a1+a2+a33③利用平均速度求瞬时速度:v n=x n+x n+12T=d n+1-d n-12T④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…x n是相邻两计数点间的距离.(2)Δx是两个连续相等的时间里的位移差:Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2….(3)T是相邻两计数点间的时间间隔:T=0.02n(打点计时器的频率为50 Hz,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.考点一实验原理与实验操作例1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,往后第六个点作为计数点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变式题组1.[实验操作与实验原理](2013·广东·34(1))研究小车匀变速直线运动的实验装置如图1甲所示,其中斜面倾角θ可调.打点计时器的工作频率为50 Hz.纸带上计数点的间距如图乙所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出.图1①部分实验步骤如下:A.测量完毕,关闭电源,取出纸带.B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车.C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连.D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔.上述实验步骤的正确顺序是:__________(用字母填写).②图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T=________s.③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=______.④为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a=____________.2.[实验器材与实验原理]某同学用如图2甲所示的实验装置研究匀变速直线运动.图2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,请你继续完成下列问题:(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,在下列的仪器与器材中,必须使用的有________.(填选项代号)A.电压合适的50 Hz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H.滑动变阻器(2)如果小车做匀加速直线运动,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________.考点二数据处理与误差分析例2(2012·山东理综·21(1))某同学利用如图3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4所示.打点计时器电源的频率为50 Hz.图3图4①通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点____与________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.变式题组3.[数据处理](2014·全国大纲·22)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动.在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图5所示.拍摄时频闪频率是10 Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h与斜面的长度s.数据如下表所示.重力加速度大小g=9.80 m/s2.图5单位:cm(1)物块的加速度a=________ m/s2(保留3位有效数字).(2)因为______________________________________,可知斜面是粗糙的.4.[数据处理]实验中,如图6所示为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,相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s.图6(1)根据纸带可判定小车做________运动.(2)根据纸带计算各点瞬时速度:v D=________ m/s,v C=________ m/s,v B=________ m/s.在如图7所示坐标中作出小车的v-t图线,并根据图线求出a=________.图7(3)将图线延长与纵轴相交,交点的速度的物理意义是________________________________________________________ ________________.考点三实验拓展与创新例3某校研究性学习小组的同学用如图8甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度.实验过程如下:在斜面上铺上白纸,用图钉固定;把滴水计时器固定在小车的末端,在小车上固定一平衡物;调节滴水计时器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);在斜面顶端放置一浅盘,把小车放在斜面顶端,把调好的滴水计时器盛满水,使水滴能滴入浅盘内;随即在撤去浅盘的同时放开小车,于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹;小车到达斜面底端时立即将小车移开.图乙为实验得到的一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01=1.40 cm,x12=2.15 cm,x23=2.91 cm,x34=3.65 cm,x45=4.41 cm,x56=5.15 cm.试问:图8(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的________原理类似.(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4=________m/s,小车的加速度a=________m/s2.(结果均保留两位有效数字)拓展题组5.[实验拓展]光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图9甲所示,a、b分别是光电门的激光发射与接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来.现利用图乙所示的装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数,图中MN是水平桌面,Q是长木板与桌面的接触点,1与2是固定在长木板适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出,长木板顶端P点悬有一铅锤.实验时,让滑块从长木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10-2 s 与4.0×10-3s.用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度d,其示数如图丙所示.图9(1)滑块的宽度d=________ cm.(2)滑块通过光电门1时的速度v1=________ m/s,滑块通过光电门2时的速度v2=________ m/s.(结果保留两位有效数字)(3)由此测得的瞬时速度v1与v2只是一个近似值,它们实质上是通过光电门1与2时的________,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,可将________的宽度减小一些.6.[数据处理]某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况,图10所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出),相邻计数点间有4个点迹未画出(打点计时器每隔0.02 s打出一个点).图10(1)为研究小车的运动,该同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF……等各段纸带剪下,将剪下的纸带一端对齐,按顺序贴好,如图11所示.简要说明怎样判断此小车是否做匀加速直线运动.图11(2)在图10中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.31 cm、x4=8.94 cm、x5=9.57 cm、x6=10.20 cm,则打下点迹A时,小车运动的速度大小是________ m/s,小车运动的加速度大小是________ m/s2(计算结果均保留两位有效数字).。
实验:研究匀变速直线运动
实验:研究匀变速直线运动基础知识归纳1.实验目的(1)练习使用电磁打点计时器或电火花计时器,学会用打上点的纸带研究物体的运动情况. (2)测出匀变速直线运动的加速度. 2.实验原理(1)电磁打点计时器和电火花计时器都是使用电磁打点计时器和电火花计时器都是使用 交流交流 电源的计时仪器,电磁打点计时器的工作电压是的工作电压是 4~6 V ,电火花打点计时器的工作电压是,电火花打点计时器的工作电压是 220 V .当电源频率是50 Hz 时,它每隔它每隔 0.02 s 打一次点. (2)若纸带上相邻点间的位移差x n +1-x n = 0 ,则物体做匀速直线运动.若x n +1-x n = C (非零常数) ,则物体做匀变速直线运动. (3)根据纸带求加速度的方法:根据纸带求加速度的方法:用“逐差法”求加速度.设相邻计数点间的距离分别为x 1、x 2、x 3、x 4、x 5、x 6,根据x 4-x 1=x 5-x 2=x 6-x 3= 3aT 2 (T 为相邻计数点间的时间间隔)求出a 1=2143 T x x -、a 2=2253T x x -、a 3= 3 236Tx x -,再算出a 1、a 2、a 3的平均值,就是物体运动的加速度. 3.实验器材电火花打点计时器(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、复写纸片. 4.实验步骤(1)安装实验装置(如图所示). (2)接通电源,释放小车,重复打纸带三条. (3)挑选纸带,确定计数点,测相邻间距. (4)用逐差法求加速度. 5.注意事项(1)计时器打出的点不清晰,可能是计时器打出的点不清晰,可能是 电压偏低电压偏低 或 振针位置不合适振针位置不合适 . (2)打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如果打出的是短横线,应调整一下振针距复写纸的高度,使之增大一些. (3)计时器打点时,应先计时器打点时,应先 接通电源接通电源 ,待打点稳定后,再,待打点稳定后,再 拉动纸带拉动纸带 . (4)拉动纸带前,应使拉动端停靠在拉动纸带前,应使拉动端停靠在 靠近打点计时器靠近打点计时器 的位置. (5)小车的加速度应适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50 50 cm cm 的纸带上清楚地取出7~8个计数点为宜. 重点难点突破一、对实验操作步骤及注意事项的理解和掌握要熟练实验的操作过程,特别注意减少实验误差的操作技巧. 二、数据分析与处理1.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:如图所示,A 、B 、C 、D 、…为时间间隔相等的各计数点,x 1、x 2、x 3、…为相邻两计数点间的距离,若Δx =x 2-x 1=x 3-x 2=…=常数,即若两连续相等的时间间隔里的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动. 2.由纸带求物体运动加速度的方法由纸带求物体运动加速度的方法(1)根据Δx =x 2-x 1=x 3-x 2=…=aT 2(T 为相邻两计数点间的时间间隔),求出a =2T xD ,然后求平均值. (2)用逐差法求加速度:根据x 4-x 1=x 5-x 2=x 6-x 3=3aT2 求出a 1=2143T x x -、a 2=2253T x x -、a 3=2363T x x -,再算出a 1、a 2、a 3的平均值a =3321a a a ++即为物体运动的加速度. (3)用v-t 图象法,先根据匀变速直线运动某段时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度v n =T x x n n 21++,求出打第n 个点时纸带的瞬时速度,然后作出v-t 图象,图线的斜率即为物体运动的加速度:a =t vDD . 以上三种求a 方法中,方法(1)求法误差较大,如果所测数据多一般选取方法(2)、(3). 三、研究匀变速直线运动的其他方法研究匀变速直线运动,除了运用纸带数据分析法之外,我们还可以通过频闪照相法、滴水法等进行分析研究. 典例精析典例精析1.实验操作步骤及注意事项【例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,按照实验进行的先后顺序,将下述步骤的代号填在横线上下述步骤的代号填在横线上 . A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B.把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端,并连好电路把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端,并连好电路C.换上新的纸带,再重做两次换上新的纸带,再重做两次D.把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面E.使小车停在靠近打点计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动在靠近打点计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动 F .把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着合适的钩码把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着合适的钩码G .断开电源,取出纸带断开电源,取出纸带【解析】正确的实验步骤是:把长木板平放在实验桌上,并用垫片把木板的一端垫高.把打点计时器固定在木板较高的一端,并连好电路.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后.使小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打完一条纸带,断开电源,取下纸带,换上新纸带,再重做两次,即顺序为DBFAEGC. 【答案】DBFAEGC 【思维提升】对实验步骤可简化为:放置→固定→连接→先接后放,开始实验→重复实验→数据分析,同时要理解实验步骤中关键几步,如“固定时定滑轮要伸出桌面,打点计时器固定于远离定滑轮的一端;开始实验时先接通电源,后释放小车”等. 【拓展1】在“研究匀变速直线运动”的实验中,下列方法中有助于减少实验误差的是( ACD ) A.选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位个点的时间间隔作为一个时间单位B.使小车运动的加速度尽量小些使小车运动的加速度尽量小些C.舍去纸带上开始时密集的点,只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算计算D.适当增加挂在细绳下钩码的个数的个数【解析】选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大,选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大,在用直尺测量这些点间在用直尺测量这些点间的间隔时,在测量绝对误差基本相同的情况下,相对误差较小,因此A 正确;在实验中,如果小车运动的加速度过小,打出的点很密,长度测量的相对误差较大,测量准确性降低,因此小车的加速度应适当大些,而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数,以增大拉力,故B 错,D 对;为了减少长度测量的相对误差,舍去纸带上过于密集,甚至分辨不清的点,因此C 项正确. 2.研究匀变速直线运动的其他方法【例2】两木块自左向右运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下木块每次曝光时的位置,如图所示.连续两次曝光的时间间隔是相等的.由图可知可知 ( ) A.在时刻t 2以及时刻t 5两木块速度相同两木块速度相同B.在时刻t 3两木块速度相同两木块速度相同C.在时刻t 3以及时刻t 4之间某瞬时两木块速度相同之间某瞬时两木块速度相同D.在时刻t 4以及时刻t 5之间某瞬时两木块速度相同之间某瞬时两木块速度相同【解析】设连续两次曝光的时间间隔为t ,记录木块位臵的直尺最小刻度间隔长为l ,由图可以看出下面木块间隔均为4l ,木块做匀速直线运动,速度v =tl4.上面木块相邻时间间隔内木块的间隔分别为2l 、3l 、4l 、5l 、6l 、7l ,相邻相等时间间隔t 内的位移之差Δl =l =恒量, 所以上面木块做匀变速直线运动由某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,可得t 2、t 3、t 4、t 5时刻的瞬时速度分别为:v 2=t l t l l 25232=+ v 3=t l t l l 27243=+ v 4=t l t l l 29254=+ v 5=tlt l l 211265=+ 可见速度v =tl4介于v 3、v 4之间,选项C 项正确. 【答案】C 【思维提升】(1)解决本题首先要具备一定的观察、分辨和信息提取能力,这也是近几年高考的考查热点. (2)熟练应用匀变速运动的一些重要结论,如Δx =aT 2,202t t vv v +=等可快速深入问题的实质,简化解题过程. 【拓展2】用滴水法可以测定重力加速度的值,方法是:在自来水龙头下面固定一块挡板A ,使水一滴一滴持续地滴落到挡板上,如图所示,仔细调节水龙头,使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在挡板上的声音的同时,下一个水滴刚好开始下落.首先量出水龙头口离挡板的高度h ,再用秒表计时,计时方法是:当听到某一水滴滴在挡板上的声音的同时,开启秒表开始计时,并数“0”,以后每听到一声水滴声,依次数“1,2,…”,一直数到“n ”时,按下秒表按钮停止时,读出秒表的示数为t .写出用上述测量方法计算重力加速度g 的表达式:g = 2hn 2/t 2 . 【解析】n 次响声间隔时间对应n 个水滴下落的时间间隔,所以一个水滴下落的时间T =t /n 由h =21gT 2得 g =22T h=2hn 2/t 2 3.实验数据分析与处理【例3】某同学用右图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动实验步骤如下:实验步骤如下: a .安装好实验器材. b .接通电源后,让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动,重复几次.选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如下图中0、1、2、…、6点所示. c .测量1、2、3、…、6计数点到0计数点的距离,分别记为s 1、s 2、s 3、…、s 6. d .通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀变速直线运动. e .分别计算出s 1、s 2、s 3、…、s 6与对应时间的比值66332211t s t s t s t s 、、、、 . f .以t s 为纵坐标、t 为横坐标,标出t s 与对应时间t 的坐标点,画出t s -t 图象.结合上述实验步骤,请你完成下列任务:结合上述实验步骤,请你完成下列任务:①实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下列的仪器和器材中,必须使用的有列的仪器和器材中,必须使用的有 和 (填选项代号). A.电压合适的50 Hz 交流电源交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺刻度尺D.秒表秒表E.天平天平 F .重锤重锤②将最小刻度为1 mm 的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐,0、1、2、5计数点所在位置如图所示,则s 2= cm ,s 5= cm. ③该同学在下图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标,请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点,并画出t s -t 图象. ④根据ts -t 图象判断,在打0计数点时,小车的速度v 0=m/s ;它在斜面上运动的加速度a = m/s 2. 【解析】①A ,C ②0刻度线和0计数点左端对齐,s 2是计数点0与2间的距离,读数时应注意从计数点2的左端读起,s 5同理.答案为(2.99~3.01),(13.19~13.21). ③ts-t 如图所示. 26)26(=TT T 4)26. 【思维提升】t -斜率为21a 【例4】在研究匀变速直线运动实验中,算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表格所示计数点序号计数点序号1 2 3 4 5 6 计数点对应时刻(s) 0.1 0.2 0.3 0.40.5 0.6 通过计数点的速度(cm/s) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0 为了算出速度,合理的方法是为了算出速度,合理的方法是 ( ) =2T D 求出加速度,再取平均值,即为实验所。
实验1 研究匀变速直线运动 (共49张PPT)
图实12
(1)请完成以下主要实验步骤:按图(a)安装实验器材并连接电源;竖直提起 系有重物的纸带,使重物 ________( 填“靠近”或“远离”) 计时器下端; ________,________,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复 实验. (2)图(b)和(c)是实验获得的两条纸带,应选取________(填“b”或“c”)来计算 重力加速度,在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地 重力加速度,主要原因是空气阻力和________.
5.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. 6.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.
高考方向 考点一 实验原理与操作 [例 1] (2015· 广东高考)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度.
图实17
单位:cm x1 x2 x3 x4 h s
10.76 15.05 19.34 23.65 48.00 80.00 根据表中数据,完成下列填空: (1)物块的加速度 a=________m/s2(保留三位有效数字). (2)因为________________,可知斜面是粗糙的.
【解析】 (1)根据匀变速直线运动的推论,利用逐差法,得 x3-x1=2a1T2 x4-x2=2a2T2 a1+a2 1 a= 2 ,又知 T= f =0.1 s 联立以上各式得 a≈4.30 m/s2. (2)如果斜面光滑,根据牛顿第二定律得,物体下滑的加速度 a′=gsin θ=g h 2 = 5.88 m/s >a,所以斜面是粗糙的. s h 【答案】 (1)4.30 (2)a<g s =5.88 m/s2
实验一 研究匀变速直线运动
典例剖析
【例 1】 某同学用如图 5 所示装置测量重力加速度 g, 所用交流电频率为 50 Hz.在所选纸带上取某点为 0 号 计数点,然后每 3 个点取一个计数点,所有测量数据 及其标记符号如图 6 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=s2-T2s1,g2=s3-T2s2,……,g5=s6-T2s5, 取平均值 g =8.667 m/s2; 方法 B:由 g1=s43-T2s1,g2=s53-T2s2,g3=s63-T2s3,取平 均值 g =8.673 m/s2.
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10
s1
s2
s3
s4
s5
s6
s7
s8
s9
s10
距离 0.422 1.124 1.530 1.814 1.923 1.900 1.932 1.926 1.912 1.936
(m)
从上表可以看出,开始时相邻两点间的距离是逐渐变大 的,后面两点间的距离基本上保持不变,说明开始时小 车做加速运动,后面做匀速运动.再进一步分析开始时 加速度的变化,将相邻的两间距的差求出,数据如下表 所示
g =g1+g32+g3 =s43-T2s1+s53-3T2s2+s63-T2s3
=s4+s5+s6-9T(2s1+s2+s3) 方法 B 中 s1、s2、s3、s4、s5、s6 均起作用. 因此,选择方法 B 更合理,更易减小偶然误差.本题 中误差来源很多,例如:阻力、交流电频率不稳定、
长度测量不准确、数据处理方法等.
图12 图13
1
2
3
4
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距离(m) 0.422 1.546 3.076 4.890 6.813
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实验一研究匀变速直线运动一、基本原理与操作原理装置图操作要领①不需要平衡摩擦力。
②不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量。
(1)平行:细绳、纸带与长木板平行(2)靠近:小车释放前,应靠近打点计时器的位置(3)先后:实验时先接通电源,后释放小车;实验后先断开电源,后取下纸带(4)防撞:小车到达滑轮前让其停止运动,防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏(5)适当:悬挂钩码要适当,避免纸带打出的点太少或过于密集1.由纸带判断物体做匀变速运动的方法如图1所示,0、1、2、…为时间间隔相等的各计数点,x1、x2、x3、…为相邻两计数点间的距离,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=C(常量),则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。
图12.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,即v n=x n+x n+12T。
3.利用纸带求物体加速度的两种方法(1)用“逐差法”求加速度即根据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,再算出平均值即a =x 4+x 5+x 6-x 1-x 2-x 39T 2。
(2)用图象法求加速度即先根据v n =x n +x n +12T 求出所选的各计数点对应的瞬时速度,后作出v -t 图象,图线的斜率即物体运动的加速度。
认识“两种仪器”(1)作用:计时仪器,接频率为50 Hz 交变电流,每隔0.02 s 打一次点 (2)工作条件⎩⎨⎧电磁打点计时器:4~6 V 交流电源电火花计时器:220 V 交流电源区别“两种点”(1)计时点和计数点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0.02 s ;计数点是人们根据需要选择一定数目的点,两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的规则而定。
(2)纸带上相邻两点的时间间隔均相同,速度越大,纸带上的计时点越稀疏。
教材原型实验命题角度实验原理与实验操作【例1】某同学利用如图2所示装置研究小车的匀变速直线运动。
图2(1)实验中,必要的措施是________(填选项前的字母)。
A.细线必须与长木板平行B.先接通电源,再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图3所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。
s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm ,s5=6.78 cm,s6=7.64 cm,则小车的加速度a=________m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B 点时小车的速度v B=________m/s。
(结果均保留2位有效数字)图3解析(1)实验时细线必须与长木板平行,否则小车不做匀变速运动,A正确;实验开始时要先接通电源,待打点稳定后再释放小车,B正确;此实验中只需保证小车做匀加速运动,不用考虑小车与钩码的质量关系及平衡摩擦力的问题,C、D错误。
(2)相邻计数点的时间间隔为0.1 s ,由逐差法可以得出a =s 6+s 5+s 4-s 3-s 2-s 19T 2=0.80 m/s 2,打点计时器在打B 点时小车的速度v B =s 1+s 22T =0.40 m/s 。
答案 (1)AB (2)0.80 0.40命题角度 数据处理与分析【例2】 (2019·全国Ⅰ卷,22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。
物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图4所示。
已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。
在A 、B 、C 、D 、E 五个点中,打点计时器最先打出的是________点。
在打出C 点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为________m/s 2(保留2位有效数字)。
图4解析 物块加速下滑,因此打点间距逐渐增大,故最先打出的是A 点。
两个相邻计数点之间的时间间隔T =0.1 s ,根据v t 2=v -=x t 得C 点的速度大小v C =x BD 2T =(5.85-1.20)×10-22×0.1m/s ≈0.233 m/s由图知x AB =1.20 cmx BC =x AC -x AB =1.95 cmx CD =x AD -x AC =2.70 cmx DE =x AE -x AD =3.45 cm由逐差法可得a =(x CD +x DE )-(x AB +x BC )4T 2代入数值解得物块下滑的加速度大小a=0.75 m/s2。
答案A0.2330.75拓展训练1 (2019·江苏江阴市模拟)某同学用如图5甲所示的装置探究小车做匀变速直线运动的规律,他采用电火花计时器进行实验。
图5(1)请在下面列出的实验器材中,选出本实验中不需要的器材填在横线上(填编号)________。
①电火花计时器②天平③4~6 V低压交流电源④细绳和纸带⑤砝码、托盘和小车⑥刻度尺⑦秒表⑧一端带有定滑轮的长木板(2)安装好实验装置后,先____________,再____________。
纸带被打出一系列点,其中一段如图乙所示,可知纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连。
(3)如图乙所示的纸带上,A、B、C、D、E为纸带上所选的计数点,相邻计数点间的时间间隔为0.1 s,则v B=________m/s,a=________m/s2。
(保留2位有效数字)解析(1)本实验不需要天平测质量,电火花计时器应用220 V交流电源,也不用秒表测时间,故不需要的器材为②③⑦。
(2)正确的操作顺序是在安装好实验装置后先接通电源,再释放小车。
纸带和小车相连的一端先被打点,此时纸带速度较小,点间距离较小,故纸带的左端与小车相连。
(3)B点对应的速度是v B=AC-2T=52.00.2×10-3 m/s=0.26 m/s,a=CE--AC-(2T)2=0.40 m/s2。
答案 (1)②③⑦ (2)接通电源 释放小车 左(3)0.26 0.40实验拓展创新 命题角度 实验考查方式的创新【例3】 (2019·全国Ⅲ卷,22)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。
实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。
已知相机每间隔0.1 s 拍1幅照片。
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是________。
(填正确答案标号)A.米尺B.秒表C.光电门D.天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。
答:___________________________________________________________________(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a 、b 和c 得到ab =24.5 cm 、ac =58.7 cm ,则该地的重力加速度大小为g =________m/s 2。
(保留2位有效数字) 解析 (1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离,因此实验时必须使用米尺。
(2)将米尺竖直放置,小球靠近米尺下落,从照片上直接读出小球下落的距离。
(3)根据Δx =gT 2得重力加速度大小g =bc -ab T 2=(ac -ab )-ab T 2=(58.7-24.5-24.5)×10-20.12 m/s 2=9.7 m/s 2。
答案 (1)A (2)将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺 (3)9.7拓展训练2 (2019·四川成都三诊)如图6所示为用频闪相机拍摄的羽毛与苹果同时下落的局部频闪照片,已知该频闪相机每隔Δt 时间闪光一次。
图6(1)这个实验表明:如果我们可以减小________对物体下落运动的影响,直至其可以忽略,那么重量不同的物体下落快慢程度将会相同。
(2)关于图中的x1、x2、x3,下列关系一定正确的是____________(填选项字母)。
A.x1∶x2∶x3=1∶4∶9B.x1∶x2∶x3=1∶3∶5C.2x2=x3+x1(3)利用图片提供的信息可以求出当地的重力加速度值g,可知g=________(填选项字母)。
A.2x1(Δt)2B.2(x1+x2+x3)9(Δt)2C.x3-x12(Δt)2D.x3-x1 4(Δt)2解析(1)在实验中,如果没有空气阻力,物体下落快慢程度相同,故不断减小空气阻力对物体下落的影响,重量不同的物体下落快慢程度将会趋于相同。
(2)因为三段位移间隔时间相同,由匀变速直线运动规律易知A项错误;由于这是局部照片,A点并不一定是起点,故不一定能根据初速度为零的匀变速直线运动规律求解,B项错误;根据x3-x2=x2-x1可知,2x2=x3+x1,C项正确。
(3)由Δx=g(Δt)2可得g=x3-x12(Δt)2,故C项正确。
答案(1)空气阻力(2)C(3)C命题角度实验情景的拓展【例4】(2019·全国Ⅱ卷,22)如图7(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。
所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz 的交流电源、纸带等。
回答下列问题:(a)图7(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=__________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g 和铁块下滑的加速度a 表示)。
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。
接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。
多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。
图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。
重力加速度为9.80 m/s 2,可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留2位小数)。
解析 (1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用,由牛顿第二定律得mg sin θ-μF N =ma且F N =mg cos θ解以上两式得μ=g sin θ-a g cos θ。
(2)由逐差法求铁块加速度a =(x 5+x 6+x 7)-(x 1+x 2+x 3)12T 2=(76.39-31.83)-20.9012×0.12×10-2 m/s 2≈1.97 m/s 2代入μ=g sin θ-a g cos θ,得μ≈0.35。
答案 (1)g sin θ-a g cos θ (2)0.35拓展训练3 (2017·全国Ⅱ卷,22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。