高三物理一轮复习实验一研究匀变速直线运动课件

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=
x n x n1 2T
。
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 a1x3 4T 2x1,a2x5 3T 2 x2,
a3

x6 x3 3T2
,再算出a1、a2、a3的平均值
a

a1
a2 3
a3
1 3 x 3 4 T 2 x 1 x 5 3 T 2 x 2 x 6 3 T 2 x 3 x 4 x 5 x 6 9 T 2 x 1 x 2 x 3 ，
③计算加速度时采用逐差法可以减小误差。 ④数据处理时计数周期是打点计时器打点周期t的5倍。
【解析】(1)打点计时器应使用交流电源,测量位移需用
到刻度尺,故应选A、D。
(2)如果小车做匀加速直线运动,则连续相等时间内的位
移之差为恒量,故x2-x1=x3-x2;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
即为物体的加速度。
(2)图象法:如图所示,以打某计数点时为计时起点,利
用vn=
x
n
x 2T
n 1
求出打各点时的瞬时速度,描点得v
-t图
象,图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。
【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。
【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图象并不是一条直线。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。
(1)用逐差法算出福州的重力加速度g=
m/s2
(结果保留三位有效数字)。
(2)通过查阅资料发现福州的重力加速度标准值为
9.79m/s2,比较(1)的结果发现两者并不相等,除了读
数误差外,你认为产生误差的其他主要原因可能是
________________________。(只要求写出一种原因)
【思考探究】
时器电源,后释放小车。
(3)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,可以求出纸带上打第4点时小车的瞬时速
度大小:
v=x3x10.08204m0 /.0 s1 ≈506.83m/s
4T
40.02
根据逐差法得:
a= x3x2x2x1
4T2
= 0 .0 8 2 0 4 0 .0 4 8 4 0 2 0 .0 2 0 2 .0 4 8 0 2 0 .0 1 5 6 m /s 2
【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。
度
vnxn2 T xn 1， 故 vcx2 1 0 tx3。
(3)根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点之间
的时间间隔,且T=5t),求出 a1＝ x3 4T 2x1， a2＝ x5 3T 2 x2，
a
3＝
x
6 则xa3 ，=
3T2
a 1 a 3 2 a 3 x 4 x 5 x 6 2 2 5 t 2 x 1 x 2 x 3 。
=1.0m/s2
答案:(1)0.02 (2)b a (3)0.83 1.0
【反思归纳】 1.打点计时器电源的选择:电磁打点计时器选择4～6V 低压交流电源,电火花计时器选择220V交流电源。 2.接通电源和释放纸带的顺序:为了从纸带上获得更多 的点迹,应先接通电源,后释放纸带。
热点二 【数据处理】与【误差分析】 【典例2】(2017·福州模拟)某同学利用打点计时器测 量福州的重力加速度,某次实验得到的一段纸带如图所 示,O、A、B、C、D为相邻的五个点,测得OA=5.5mm, OB=14.9mm,OC=28.3mm,OD=45.2mm,打下相邻两个点间 的时间间隔为0.02s。 世纪金榜导学号42722019
(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。
【数据处理】 1.由实验数据得出v-t图象: (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。
ห้องสมุดไป่ตู้
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
。
(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
。
【解题指导】 (1)命题立意:本题旨在考查研究匀变速直线运动的实 验原理与实验操作。 (2)解题关键: ①打点计时器使用低压交流电源。 ②做匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速度等 于这段时间中间时刻的瞬时速度。
答案:(1)A、D (2)x2-x1=x3-x2
(3) x4x5x6x1x2x3
x2 x3 10 t
225t2
【强化训练】 (2017·银川模拟)某同学通过实验测小车加速度时,用 50Hz打点计时器打出纸带如图所示,经测量 x1=1.560cm,x2=4.802cm,x3=8.204cm。
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:
世纪金榜导学号42722018
A、B、C进行测量,图乙中给出了这三个点到O点的距离。
(1)重力加速度的测量值为g=
m/s2(结果保留3
位有效数字)。
(2)实验中该同学选择电火花计时器,而不选择电磁打
点计时器,请从误差分析的角度说明选择电火花计时器
的主要理由
。
【解析】(1)由纸带可知,xAB=7.60cm,xBC=7.99cm,根据
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Δ x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…则说 明物体在做匀变速直线运动,且Δ x=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图象。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。
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Δ x=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,每隔0.02s打一次点(50 Hz)。
(3)纸带的应用: ①纸带上的点可表示和纸带相连的物体在不同时刻的 位置。 ②通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运 动情况。 ③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间 隔。(注意计数点和计时点的区别)
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。
热点一 【实验原理】与实验操作 【典例1】某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速 直线运动。
【实验过程】 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.由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随 时间变化的规律:
(1)直接分析图象的特点得出。小车运动的v-t图象是 一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值Δ t时, 速度也会增加相同的值Δ v,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图象是 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。
g= x 3 x 4 x 1 x 2 0 .0 4 5 2 0 .0 1 4 9 0 .0 1 4 9 m/s2
4 T 2
4 0 .0 2 2
=9.63m/s2。
(2)由于纸带与限位孔之间的阻力、空气阻力等作用, 物体下落的过程中合力不等于重力,所以两者并不相等。 答案:(1)9.63 (2)纸带与限位孔之间的阻力、空气阻 力
【强化训练】 1.某同学用图甲所示的实验装置测量重力加速度,将电 火花计时器固定在铁架台上,把纸带的下端固定在重锤 上,纸带穿过电火花计时器,上端用纸带夹夹住,接通电 源后释放纸带,纸带上打出一系列的点,所用电源的频 率为50Hz,实验中该同学得到一条点迹清晰的纸带如图 乙所示,纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点
Δ x=gT2得重力加速度为g= Tx 27.9907 .0 .6202102m/s2
(1)用逐差法推导出重力加速度的表达式是什么?
提示:由Δ x=aT2可得g= x 3 x 4 4 T 2 x 1 x 2 O D 4 O T B 2 O B 。
(2)实际加速度小于当地的重力加速度说明重物所受合
力_小__于__重力。
【解析】(1)由Δ x=aT2可以求出加速度的大小为:
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。
(1)每相邻两点的时间间隔是
s。
(2)实验中应该先
,后
。(均选填字
母:a、释放小车;b、接通打点计时器)
(3)打点4时对应小车速度的大小为
m/s,小车
的加速度为
m/s2(结果保留2位有效数字)。
【解析】(1)每相邻两点的时间间隔: T=1 1 =s 0.02s
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(2)接通打点计时器电源和释放小车,应先接通打点计
(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 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,