实验课1 研究匀变速直线运动的特点

m/s。
(结果均保留2位有效数字)
乙
-15-
考向1
考向2
考向3
解析 (1)实验时,细线必须与长木板平行,以减小实验的误差,选项
A正确;实验时要先接通电源再释放小车,选项B正确;此实验中没必
要使小车的质量远大于钩码的质量,选项C错误;此实验中不需要平
衡小车与长木板间的摩擦力,选项D错误。
(2)相邻的两计数点间的时间间隔 T=0.1 s, 由逐差法可得小车的加速度
考点三
-10-
六、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;一次实验结束时先断开电源, 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,防止钩码落地或小车与 滑轮碰撞。 5.减小误差 细绳的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。
=
(3.59+4.41)×10-2 2×0.1
m/s=0.40 m/s。
答案 (1)AB (2)0.80 0.40
考向1
考向2
考向3
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实验数据处理与误差分析
例2(2018·天津实验中学模拟)在做研究匀变速直线运动的实验 时,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示,并在 其上取了A、B、C、D、E、F、G 7个计数点,每相邻两个计数点 间还有4个点图中没有画出,电火花计时器接220 V、 50 Hz交流电 源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各 点时物体的瞬时速度如下表:
得s1=vt1=340×0.15 m=51 m,s2=vt2=340×0.155 m=52.7 m 由 v=ΔΔ������������ = ������������22--������������11=5.7 m/s。
答案 (1)A盒运动方向是背离B盒 (2)5.7 m/s
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考向1
考向2
考向3
考点三
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2.小车运动的速度随时间变化的规律
(1)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,速度也会增加相同的值Δv时,可以得出结论:小车的速 度随时间均匀变化。
(2)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,所以小车的速度随时间均匀变化。
三、实验原理 1.打点计时器原理
考点三
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考点三
-4-
2.匀变速直线运动的分析
(1)利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法
沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1,x2,x3,x4,…, xn,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=xn-xn-1,则说明物体做匀变速直线运 动。
乙
考向1
考向2
考向3
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(3)利用该图像求得物体的加速度a=
m/s2。(结果保留
2位有效数字)
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V,而做实验的同学
并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比
(选填“偏
大”“偏小”或“不变”)。
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考向1
考向2
考向3
解析 (1)匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的 平均速度,电火花计时器的周期为T,所以从E点到G点时间为10T,有
3.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。
考点三
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五、数据处理 1.由实验数据得出v-t图像 (1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密 集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,以后依次每五个点 取一个计数点,确定好计数开始点,并标明0、1、2、3、4……,测量 各计数点到0点的距离x,并填入表中。
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考向1
考向2
考向3
实验原理与操作 例1(2016·天津卷)某同学利用图甲所示的装置研究小车的匀变 速直线运动。
甲
(1)实验中,必需的措施是
。
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
考向1
考向2
考向3
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(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
例4(2017·全国Ⅱ卷)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。使用的器材有:斜面、滑块、 长度不同的矩形挡光片、光电计时器。
实验步骤如下: ①如图甲所示,将光电门固定在斜面下端附近:将一挡光片安装 在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方 由静止开始下滑。
a=������6+������5+9���������4���-2������3-������2-������1=(7.64+6.78+5.979-×50.1.192-4.41-3.59)×10-2 m/s2 = 0.80 m/s2
打点计时器在打 B 点时小车的速度
vB=������12+������������2
对应点 速度/(m·s-1)
B 0.141
C 0.185
D 0.220
E 0.254
F 0.301
考向1
考向2
考向3
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甲
(1)设电火花计时器的周期为T,计算vF的公式为vF=
。
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考向1
考向2
考向3
(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图乙所示 坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像。
答案
(1)
������6-������4 10������
(2)图见解析
(3)0.40
(4)不变
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考向1
考向2
考向3
1.实验情景拓展
实验探究拓展
考向1
考向2
考向3
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2.实验数据处理方法的拓展
(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=���d���t求速度。
(1)简要分析:A盒运动方向是背离B盒还是靠近B盒?(声速取340 m/s) (2)该物体运动的速度为多少?
考向1
考向2
考向3
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解析 (1)B盒记录到的连续两个超声波脉冲所需的时间分别为 0.15 s和0.155 s,时间变长,因此两物体距离变远,s变大,故A盒运动方 向是背离B盒。
(2)由运动学公式s=vt,
(v2F)=根������16据0-������������表4。中数据,利用描点法作出图像如图所示:
考向1
考向2
考向3
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(3)图像斜率大小等于加速度大小,故a=
������ ������
=0.40
m/s2。
(4)打点计时器的打点频率与交流电源的频率相同,电源电压降低
不改变打点计时器打点周期,所以对测量结果没有影响。
(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。
考向1
考向2
考向3
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3.借助传感器用计算器测速度——新教材新实验 实验原理 (1)根据计算机接收到红外线和超声波的时间差来计算发射器到 接收器之间的距离。 (2)根据两次测量发射器的位置,测得位移差Δx。 (3)根据公式 v=������������xt 求平均速度。
(2)速度的求解方法
用“平均速度法”求速度,即
vn=xn
+xn+1 2T
,如图所示。
考点三
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(3)加速度的求解方法 ①逐差法:即根据 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=x34T-x21,a2=x35T-x22,a3=x36T-x23,再算出 a1、a2、a3 的平 均值 a=(x4+x5+x69)T-(2x1+x2+x3),即为物体的加速度。
考点三
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七、误差分析 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.测量纸带误差,为减小误差,舍弃点密集部分,适当选取计数点。 3.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。 4.用作图法作出的v-t图像不是一条直线。在坐标纸上描点时,纵、 横轴选取合适的单位,描点连线时,不能连成折线,让各点尽量落到 曲线上,落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧。
条纸带,打出的部分计数点如图乙所示(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vB=
②图像法:以打某计数点时为计时起点,利用 vn=xn+2xTn+1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。
考点三
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四、实验步骤 1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使有滑轮一端伸出桌面, 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,细绳绕过滑轮,下边挂上合适的钩码, 将纸带穿过打点计时器,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。
考点三
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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,应作一条平滑曲线, 让尽量多的点落到这条曲线上,落不到曲线上的各点应均匀分布在 曲线的两侧。
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考向1
考向2
考向3
实验操作
(1)传感器系统由A、B两个小盒子组成,A盒装有红外线发射器 和超声波发射器,B盒装有红外线接收器和超声波接收器。A盒固 定在被测的运动物体上,B盒固定在桌面或滑轨上。
(2)A向右运动,A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉 冲(持续时间很短的一束红外线和一束超声波),从B收到红外线脉 冲开始计时,B收到超声波脉冲时停止计时,设记录的时间为t1。
计数点编号 0 1 2 3 4 5
t/s
x/m
v/(m·s-1)
考点三
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(2)利用一段时间内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1、2、3、4……的瞬时速度,填入上面的表格中。
(3)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中描点。
(4)根据描点作一条直线,使尽量多的点落到这条直线上,落不到 直线上的各点尽可能均匀分布在直线的两侧,如图所示。
考向1
考向2
考向3
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(3)经过短暂的时间Δt后,A向B再次发射一个红外线脉冲和一个
超声波脉冲,从B收到红外线脉冲开始计时,B收到超声波脉冲停止
计时,设记录的时间为t2。
(4)根据公式
v=������������xt
=
v声(t2-t1)求平均速度。
������t
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考向1
考向2
考向3
例3(2018·山东济南质检)借助运动传感器可用计算机测出物体运动 的速度。如图所示,传感器系统由两个小盒子A、B组成,A盒装有红外 线发射器和超声波发射器,它装在被测物体上,每隔0.3 s可同时发射一 个红外线脉冲和一个超声波脉冲;B盒装有红外线接收器和超声波接 收器,B盒收到红外线脉冲时开始计时(红外线的传播时间可以忽略不 计),收到超声波脉冲时停止计时。在某次测量中,B盒记录到的连续两 个超声波脉冲所需的时间分别为0.15 s和0.155 s,请仔细阅读并准确理 解上述提供的信息。
甲
考向1
考向2
考向3
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②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡 光片遮住的时间Δt。
③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度(如图乙所示), v 表示滑块 在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小,求出 v。
乙 ④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中的位 置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②③。 ⑤多次重复步骤④。
实验课1 研究匀变速直线运动的特点
考点三
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Baidu Nhomakorabea
一、实验目的 1.练习使用打点计时器,学会通过纸带上的点研究物体的运动情 况。 2.会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度。 3.利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车 运动的v-t图像,根据图像求加速度。 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、复写纸片。