物理实验一 研究匀变速直线运动 .ppt

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1、实验一 研究匀变速直线运动实验准备实验目的(1)练习使用打点计时器，学会用纸带上的点来分析物体的运动.(2)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法.(saT2)(3)测定匀变速直线运动的加速度.实验器材打点计时器、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，毫米刻度尺.实验过程实验步骤滑轮打点计时器滑轮(1)把附有_的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，将_固定在长木板上没有_的一端，连接好电路.小车钩码打点计时器小车(2)把一条细绳拴在_上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的_，把纸带穿过_，并将它的一端固定在_的后面.实验装置如图 S1-1 所示，放手后，看小车

2、能否在木板上平稳地匀速滑行.图 S1-1(3)把小车停在靠近_处，先_，再_，以便打点计时器在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次.打点计时器接通电源释放小车位置编号012345时间 t/s00.10.20.30.40.5相邻两计数点间的距离 x/m计数点的速度 v/(ms1)(4)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，从便于测量的地方开始确定计数点，然后每隔_取一个计数点，这样做的好处是相邻计数点间的时间间隔 T_s，如图 S1-2 所示.正确使用_测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中.图 S1-2四个点0.1毫米刻度尺(5)应用做匀变速直线运动的物体某一

3、段时间内的_等于这段时间内中间时刻的_求得各计数点对应时刻的瞬时速度.平均速度瞬时速度(6)增减所挂的钩码数，再做两次实验.数据处理(1)根据表格中的 v、t 数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图 S1-3 可以看到，描出的几个点都大致落在一条直线上.图 S1-3(2)作一条直线，使同一次实验得到的点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的 v-t 图象.(3)由实验得出的 v-t 图象进一步分析得出小车运动的速度随时间变化的规律.分析 v-t 图象的特点可得出，小车运动的 v-t 图象是一条倾斜的直线，如图 S1-4 所示，当时间增加相同的值t，

4、速度也会增加相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化，关系式为 vtv0 at.图 S1-4实验分析误差分析(1)根据纸带测量的位移有误差.(2)电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等.(3)用作图法作出的 v-t 图象并不是一条直线.(4)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.【基础检测】某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度：(1)电磁打点计时器是一种使用_(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，它的工作电压是 46 V，当电源的频率为 50 Hz 时，它每隔_s 打一次点.(2)使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小

5、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S1-5 所示，纸带上按时间顺序取 A、B、C、D 四个计数点，每两个计数点之间还有四个点未画出，用尺子测得相邻各点间的距离分别为 x13.62 cm，x24.75 cm，x35.88 cm.根据纸带数据可以判断小车在做匀加速直线运动，理由是：_(请用文字描述)；在计数点 C 所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是_m/s，小车的加速度是_m/s2.(计算结果保留小数点后 2 位).图 S1-5解析：

6、(1)电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为 50 Hz 时，它每隔 0.02 s 打一次点.(2)在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，A 正确.(3)当相邻相等时间内的位移之差都相等时，小车做匀加速直线运动.vCx2x32T，T0.1 s可求得 vC0.53 m/s由x x2x1x3x2aT2 可得a1.13 m/s2.答案：(1)交流 0.02 (2)A(3)相邻相等时间内的位移差相等 0.531.13种类电磁打点计时器电火花打点计时器电源性质6 V 交流电源220 V 交流电源打点频率打点时间间隔 0.02 s、频率50 Hz打点时间间隔 0.02

7、 s、频率 50 Hz打点方式振针通过复写纸在纸带上打点火花放电使墨粉在纸带上成点阻力来源纸带与限位孔的摩擦，振针与纸带打点接触时的摩擦纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦精确度电火花打点计时器比电磁打点计时器更精确考点 1 打点计时器的使用重点归纳1.两种打点计时器的比较：2.练习使用打点计时器常考内容归纳：(1)打点计时器是计时仪器.(2)物体运动前，应注意使物体停在靠近打点计时器的位置.(3)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放连接纸带的物体.(4)使用电火花打点计时器时，应把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下

8、面.(5)打点计时器不能连续工作太长时间，纸带拉出后应立即关闭电源.1.(多选)有关电磁打点计时器的操作，错误的是(【考点练透】)A.直接接 220 V 交流电源B.在拉动纸带前一小段时间接通电源C.在拉动纸带后的瞬间接通电源D.纸带拉出后应立即关闭电源答案：AC.2.“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为 50 Hz)，得到如图 S1-6 所示的纸带.图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是()图 S1-6A.实验时应先放开纸带再接通电源B.(x6x1)等于(x2x1)的 6 倍C.从纸带可求出计数点 B 对应的速率D.相邻两个计数

9、点间的时间间隔为 0.02 s解析：按照实验要求应该先接通电源再放开纸带，所以 A错误；中间时刻的瞬时速度等于全程的平均速度，所以 vB x2x32T，所以 C 正确；x6x15(x2x1)，所以 B 错误；相邻计数点间的时间间隔是 0.1 s，D 错误.答案：C考点 2 求物体的加速度和瞬时速度重点归纳1.求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度 v：应用做匀变速直线运动的物体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，如图 S1-7 所示 vnxnxn1.2T图 S1-7.9T22.求被测物体的加速度有三种方法：方法一：“逐差法”.从纸带上得到六个相邻相等时间内的位移，则 a(s4

10、s5s6)(s1s2s3)方法二：利用任意两段计数点间的位移求加速度，即 asmsn(mn)T2方法三：利用 v-t 图象求加速度.求出 A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度，画出如图 S1-8 所示的 v-t 图象，图线的斜率就是物体的加速度 a.图 S1-8典例剖析例 1：(2015 年贵州模拟)如图 S1-9 所示，将电磁打点计时器固定在铁架台上，使质量 m50 g 的重锤带动纸带由静止开始自由下落，利用此装置可以测量重力加速度.图 S1-9图 S1-10以下是该同学的实验操作和计算过程，请完成以下内容：(1)以下操作正确的是_.A.在进行实验时，应先释放纸带，再接通电源B.打点计时器应

11、接在 220 V 的交流挡上C.释放纸带时，应将重锤的一端尽量靠近打点计时器，以便打出更多的点进行研究D.实验中，应该让纸带保持竖直状态，以减小实验过程中的误差(2)取下纸带，取其中的一段，标出计数点如图 S1-10 所示，测出计数点间的距离分别为 x12.60 cm，x24.14 cm，x35.69cm，x47.22 cm，x58.75 cm，x610.29 cm.已知打点计时器的频率为 f50 Hz，则重锤运动的加速度计算式为 a_f 2，代入数据，可得加速度 a_m/s2(计算结果保留 3 位有效数字).解析：(1)在使用打点计时器的实验中，电磁打点计时器的电源为低压交流电源，电火花计时

12、器的电源为 220 V 的交流电源，故 B 错误；进行实验时，要先接通电源，再释放纸带，故A 错误；释放纸带前，应使重物尽量靠近打点计时器，使纸带得到充分利用，C 正确；纸带竖直可以减小摩擦，D 正确.备考策略：在进行纸带数据的计算时，应注意以下几点：(1)弄清纸带中已知的是计时点还是计数点，若是计数点，则明确相邻计数点间的时间间隔是多少.(2)弄清题中已知的距离是相邻计数点间的距离还是每个计数点到第一个计数点间的距离，若是后者应换算成相邻计数点间的距离.(3)计算时注意将单位转化为国际单位制单位.【考点练透】3.在“研究匀变速直线运动”的实验中，在打点计时器打下的纸带上，选取一段如图 S1-

13、11 所示.若所用交流电的频率为50 Hz，用刻度尺量得 A 到 B、C、D、E 各点的距离依次为：1.23 cm、3.71 cm、7.44 cm 和 12.42 cm，若该匀变速直线运动的加速度的大小为 1.25 m/s2，那么图中每两点中间还有_点没有画出；图中 D 点对应的速度大小为_m/s(计算结果保留 3 位有效数字).若在计算过程中不小心将交流电的频率当成 60 Hz，则计算出的加速度值将_(填“偏大”“偏小”或“不变”).图 S1-11答案：4 0.436 偏大4.(1)某同学要进行“探究匀变速直线运动规律”的实验，横线上：_(填编号).打点计时器；天平；低压交流电源；低压直流电

14、源；细绳和纸带；钩码和小车；秒表；一端有滑轮的长木板；刻度尺.(2)把纸带的下端固定在重物上，上端用手提着，纸带穿过打点计时器，接通电源后释放纸带，重物便拉着纸带下落.纸带上打出一系列点，其中有一段如图 S1-12 所示，则纸带的_(填“左端”或“右端”)与重物相连.图 S1-12(3)若电源的频率为 50 Hz，处理实验数据时，每隔四个计时点取一个计数点，则每两个计数点间的时间间隔应为_s；如图所示是用打点计时器测定匀变速直线运动规律时打出的一条纸带，A、B、C、D、E 为纸带上所取的计数点，则vB_m/s，a_m/s2.(计算结果保留 2 位有效数字)(4)如果在测定匀变速直线运动的加速度

15、时，实验者不知道工作电压的频率小于 50 Hz，这样计算出的加速度值与真实值相比是_(填“偏大”“偏小”或“不变”)的.(4)因由xaT2 计算加速度时，用的 T 比实际的 T 小，故计算出的加速度比真实值偏大.答案：(1)(2)左端 (3)0.10 0.26 0.40 (4)偏大考点 3 实验操作与注意事项典例剖析例 2：(2015 年广东卷)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度：(1)请完成以下主要实验步骤：按如图 S1-13 甲所示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”)打点计时器下端；_，_，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实

16、验.(2)图乙和丙是实验获得的两条纸带，应选取纸带_(填“乙”或“丙”)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_.图 S1-13解析：(1)为了使纸带打下的点多一些，竖直提起悬吊重物的纸带时应使重物靠近打点计时器下端，且应先接通电源，再释放纸带，使重物自由下落.(2)重物下落是匀加速运动，故应选纸带乙来计算重力加速度；重物下落过程中系统受重力，空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦力等.答案：(1)靠近 先接通打点计时器电源 再释放纸带(2)乙 纸带与打点计时器之间有摩擦备考策略：实验操作是近几年来高考常考的内容，一般以填空的形式

17、出现，具体内容参考“实验步骤”，但要理解为什么要这样操作，不能死记硬背.【考点练透】5.某同学用如图 S1-14 所示的装置测定重力加速度：图 S1-14(1)打出的纸带如图 S1-15 所示，实验时纸带的_(填“甲”或“乙”)端通过夹子和重物相连接.图 S1-15(2)纸带上 1 至 9 点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的重力加速度为_m/s2.(3)当地的重力加速度实际数值为 9.8 m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的实际值有差异的一个原因：_.答案：(1)乙 (2)9.4 (3)纸带与打点计时器间存在摩擦6.(2016 年山西晋城二中月考)某同学利用图示实验装置“研究匀变速直

18、线运动”.(1)该同学开始实验时情形如图 S1-16 甲所示，释放纸带后，的地方：_；_.(2)该同学经修改错误并正确操作后，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，将刻度尺的 0 刻线与 0 计数点对齐，测量 1、2、3、6 到 0 的距离，分别记作 x1、x2、x3、x6，如图乙，则 x2_cm，x5_cm.甲乙丙图 S1-16(3)该同学在图丙中已标出 1、3、4、6 计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与 2、5 两计数点对应的坐标点，并画出xt-t 图象._m/s.小车运动的加速度 a_m/s2.(计算结果保留 2 位有效数字)答案：(1)应先接通电源后释放纸带打点计时器应接交流而不是直流(2)3.00 13.20(3)如图 D2 所示.图 D2(4)0.18 4.8