2019版高考物理一轮复习第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第4讲实验：研究匀变速直线运动学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 4 讲 实验：研究匀变速直线运动 微知识 1 实验目的 1练习使用打点计时器，学会用打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。 3会利用纸带测定匀变速直线运动的 加速度 。 微知识 2 实验原理 1打点计时器 (1)作用：计时仪器，每隔 0.02 s 打一次点。 (3)纸带上点的意义 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。 通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况。 2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? 为纸带上相邻两个计 数点之间的距离，若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 ?

2、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。 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，求 a1、 a2、 a3，再算出 a1、 a2、 a3的平均值即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度。 设 T 为相邻两计数点之间的时间间隔，则 a1 x4 x13T2 ， a2 x5 x23T2 ， a3 x6 x33T2 ，加速 度的平均值为 a a1 a2 a33 。 “ 逐差法 ” 求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据 x1、 x2、 x3? 以减小偶然误差。 (2)用 v t 图象求加速度：

3、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 vn xn xn 12T ，求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出 v t 图【 精品教育资源文库 】 象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度。 微知识 3 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。 微知识 4 实验步骤 1把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，如图所示。 2把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器 (纸

4、带要放在复写纸下面 )，并把纸带的一端固定在小车的后面。 3把小车停在靠近打点计时器处，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。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。 4从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较 密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是 T 0.1_s，在选好的开始点下标明 A，依次标为 B、 C、 D、 E?( 这些点叫做计数点 )。 5一般要测出六段位移 x1、 x2、 x3、 x4、 x5、 x6。 6根据测量结果，利

5、用 “ 实验原理 ” 中给出的公式算出加速度 a1、 a2、 a3的值， (注意T 0.1 s)求出 a1、 a2、 a3的平均值，就是小车做匀变速直线运动的加速度。 微知识 5 误差分析 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纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，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。 3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。 微知识 6 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

6、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。 【 精品教育资源文库 】 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。 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，让各点尽量落在这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。 一

7、、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1 电火花计时器的工作电压为 6 V 以下的交流电源。 () 2在研究匀变速直线运动的实验中应该先释放小车后接通电源。 () 3利用打点的纸带计算小车的加速度时，用 “ 逐差法 ” 有利于减小实验误差。 () 二、对点微练 1 (实验原理和操作 )(多选 )在 “ 研究匀变速直线运动 ” 的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误或多余的步骤是 _。 (填选项字母 ) A拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源 B将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面 吊着适当重的钩

8、码 D取下纸带 E将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动 F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 (1)若有遗漏步骤，将遗漏步骤写在下面的横线上。 (遗漏步骤可编上序号 G、 H?) _。 (2)实验步骤的合理顺序为 _(填字母 )。 解析 A 项中应先接通电源，再放开纸带。 C 中应调整滑轮的高度，使细绳与平板平 行，D 中应先断开电源，使打点计时器停止工作， E 属于多余步骤。应补充 G。换上新纸带，重复操作三次。 H.断开电源，整理好器材。正确合理的顺序应为 B、 F、 C、 A、 D、 G、 H。 答案 ACDE 其他见解析 2 (数据处理 )如图所示是物体做匀

9、变速直线运动得到的一条纸带，从 0 点开始每 5 个计时点取一个计数点，依照打点的先后顺序依次编为 1、 2、 3、 4、 5、 6，测得 x1 5.18 cm，x2 4.40 cm， x3 3.62 cm， x4 2.78 cm， x5 2.00 cm， x6 1.22 cm。 【 精品教育资源文库 】 (1)相邻两计数点间的时 间间隔为 _s。 (2)物体的加速度大小 a _m/s2 ，方向是 _(填 “ A B” 或“ B A”) 。 (3)打点计时器打计数点 3 时，物体的速度大小 v3 _m/s，方向是_(填 “ A B” 或 “ B A”) 。 解析 a x6 x5 x4 x3

10、x2 x19T2 2.00 4.4090.1 2 cm/s2 80 cm/s2 0.80 m/s2， “ ” 号表示加速度方向与纸带运动方向相反，即方向为 A B。 v3 x3 x42T 3.62 2.7820.1 cm/s 32.0 cm/s 0.32 m/s。 方向从 B A。 答案 (1)0.1 (2)0.80 A B (3)0.32 B A 微考点 1 数据处理和误差分析 核 |心 |微 |讲 分析纸带计算物体的速度和加速度 1 “ 平均速度法 ” 求物体在某点的瞬时速度，即 vn xn xn 12T ，如图所示。 2 “ 逐差法 ” 求物 体的加速度，该方法可使测量数据得到充分利用，

11、误差较小，即由a1 x4 x13T2 ， a2 x5 x23T2 ， a3 x6 x33T2 ，可得 a a1 a2 a33 x4 x5 x6 x1 x2 x39T2 。 3 “ 图象法 ” 求物体的加速度，即由 “ 平均速度法 ” 求出多个点的速度，画出 v t图象，直线的斜率即代表加速度。 典 |例 |微 |探 【 精品教育资源文库 】 【例 1】 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角 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。 甲 乙 (1)部分实验步骤如下： A测量完毕，关闭电源，取出纸带

12、 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 _。 (填字母 ) (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_。 【解题导思】 (1)实验中是如何测量物体在某点的瞬时速度的？ 答： 以被测点为中间时刻的某段运动的平均速度替代该时刻的瞬时速度。 (2)如何才能利用更多的数据计算加速度？ 答： 用逐差法计算加速度 a ( )x4 x5 x6

13、 ( )x1 x2 x39T2 。 答案 (1)DCBA (2)0.10 (3)x4 x52T (4) x4 x5 x6 x1 x2 x39T2 题 |组 |微 |练 【 精品教育资源文库 】 1某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图，已知频闪仪每隔 0.05 s 闪光一次，图中所标数据为实际距离。 (当地重力加速度取 9.8 m/s2，小球质量 m 0.2 kg，结果保留三位有效数字 ) (1)由频闪照片上的数据计算 t4时刻小球的速度 v4 _m/s。 (2)小球上升的加速度大小约为 a _m/s2。 (3) 对 (2) 的 数据进行分析，可得到的结论是_。 解析 (1)做匀变速直线运动的

14、物体，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故 t4时刻的瞬时速度等于 t3 t5时间段的平均速度，即 v4 h3 h42T ( )18.66 21.16 10 220.05 m/s 3.98 m/s。 (2)由 x aT2得，小球的加速度大小为 a ( )h1 h2 ( )h3 h44T2 ( )26.18 23.68 ( )21.16 18.6640.05 2 10 2m/s2 10.0 m/s2。 (3)小球的加速度大于重力加速度，是由于小球上升过程中受到空 气阻力的作用造成的。 答案 (1)3.98 (2)10.0 (3)上升过程中受到空气阻力的作用 2在 “ 研究匀变速直线运动 ” 的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为 50 Hz，记录小车运动的纸带