高考物理一轮复习《实验一:研究匀变速直线运动》课件.ppt
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1、实验一 研究匀变速直线运动【实验目的【实验目的】1.1.利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律。利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律。2.2.能画出小车运动的能画出小车运动的v-tv-t图像,根据图像求加速度。图像,根据图像求加速度。【实验原理【实验原理】1.1.打点计时器打点计时器(1)(1)作用作用打点计时器为计时仪器,当所用交流电源的频率打点计时器为计时仪器,当所用交流电源的频率f=50Hzf=50Hz时,每时,每隔隔0.02s0.02s打一次点。打一次点。(2)(2)工作条件工作条件电磁打点计时器:电磁打点计时器:6V6V以下交流电源。以下交流电源。电火花计时器:电火花计时器
2、:220V220V交流电源。交流电源。(3)(3)纸带上点的意义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。表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。可以利用纸带上打出的点确定计数点间的时间间隔。可以利用纸带上打出的点确定计数点间的时间间隔。通过研究纸带上各点之间的间距,可以判断物体的运动情况。通过研究纸带上各点之间的间距,可以判断物体的运动情况。2.2.匀变速直线运动的判断匀变速直线运动的判断设设s s1 1、s s2 2、s s3 3、s s4 4为纸带上相邻计数点之间的距离,假如为纸带上相邻计数点之间的距离,假如ss=s=s2 2-s-s1 1=s=s3 3-s-s2 2=s=s4
3、4-s-s3 3=恒量,即连续相等的时间间隔内恒量,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。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。3.3.由纸带求物体运动速度的方法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间内的平均速度nn 1nssv2T。4.4.利用纸带求物体加速度的两种方法利用纸带求物体加速度的两种方法(1)(1)逐差法逐差法:即根据即根据s s4 4-s-s1 1=s=s5 5-s-s2 2=s=s6 6-s-s3 3=3aT=3
4、aT2 2(T(T为相邻两计数点为相邻两计数点之间的时间间隔之间的时间间隔),求出,求出再算出再算出a a1 1、a a2 2、a a3 3的平均值的平均值 即为物体的加速度。即为物体的加速度。(2)(2)图像法图像法:以打某计数点时为计时起点,利用以打某计数点时为计时起点,利用 求求出打各点时的瞬时速度,描点得出打各点时的瞬时速度,描点得v-tv-t图像,图像的斜率即为物图像,图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。体做匀变速直线运动的加速度。526341123222ssssssa,a,a3T3T3T,123526341222aaassssss1a333T3T3T()4561232sss
5、sss9T()(),nn 1nssv2T【实验器材【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。车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。【实验过程【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.把带有滑轮的长木板平放在实验桌上,将滑轮伸出桌面,把把带有滑轮的长木板平放在实验桌上,将滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,并把打点计时器打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,并把打点计时器连接在电源上。连接在电源上。2.2.把一条细绳拴在小车上,细绳跨
6、过定滑轮,下边挂上合适的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。使纸带穿过打点计时器的复写纸下,并把它的一端固定钩码。使纸带穿过打点计时器的复写纸下,并把它的一端固定在小车的后面,调节滑轮的高度,使细绳与长木板平行。实验在小车的后面,调节滑轮的高度,使细绳与长木板平行。实验装置如图所示。装置如图所示。3.3.将小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,等打点计时器将小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,等打点计时器打点稳定后,放开小车。换上新纸带,重复实验打点稳定后,放开小车。换上新纸带,重复实验3 3次。次。4.4.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较从几条纸带
7、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,确定好计数始点,并标明五个点取一个计数点,确定好计数始点,并标明0 0、1 1、2 2、3 3、44,测量各计数点到,测量各计数点到0 0点的距离点的距离d d,记录并填入表中。,记录并填入表中。位置编号位置编号0 01 12 23 34 45 56 6时间时间t/st/sd/md/ms/ms/mv/mv/ms s-1-15.5.计算出相邻的计数点之间的距离计算出相邻的计数点之间的距离s s1 1、s s2 2、s s3 3
8、6.6.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,求出各计数点度,求出各计数点1 1、2 2、3 3、4 4、5 5的瞬时速度,填入表格中。的瞬时速度,填入表格中。7.7.增减所挂钩码数,再做两次实验。增减所挂钩码数,再做两次实验。二、数据处理二、数据处理1.1.由实验数据得出由实验数据得出v-tv-t图像图像(1)(1)根据表格中的根据表格中的v v、t t数据,在直角坐标系中仔细描点。数据,在直角坐标系中仔细描点。(2)(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作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线
9、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就是本次实验的v-tv-t图线,它是一条倾斜的直线。图线,它是一条倾斜的直线。2.2.由实验得出的由实验得出的v-tv-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律化的规律有两条途径进行分析:有两条途径进行分析:(1)(1)直接分析图像的特点得出。小车运动直接分析图像的特点得出。小车运动的的v-tv-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,图像是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值当时间增加相同的值tt,速度也会增加相同的值,速度也会
10、增加相同的值vv,由此得,由此得出结论:小车的速度随时间均匀变化。出结论:小车的速度随时间均匀变化。(2)(2)通过函数关系进一步得到,既然小车运动的通过函数关系进一步得到,既然小车运动的v-tv-t图像是一条图像是一条倾斜的直线,那么倾斜的直线,那么v v随随t t变化的函数关系式为变化的函数关系式为v vktktb b,显然,显然v v与与t t成线性关系,小车的速度随时间均匀变化。成线性关系,小车的速度随时间均匀变化。【误差分析】【误差分析】1 1纸带上计数点间距测量有偶然误差,故要多测几组数据,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。以尽量减小误差。2 2纸带
11、运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起测量误差,所以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。电源的电压及频率。3.3.用作图法作出的用作图法作出的v-tv-t图像并不是一条直线。为此在描点时最图像并不是一条直线。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。点。【注意事项】【注意事项】1.1.平行平行纸带、细绳要和长木板平行。纸带、细绳要和长木板平行。2.2.靠近靠近释放小车前,应使小车
12、停在靠近打点计时器的位置。释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。3.3.先后顺序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。下纸带。4.4.防止碰撞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。与滑轮碰撞。5.5.减小误差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。的点太少,或者速度太小,使纸带上打的点过于密
13、集。6.6.纸带选取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。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。7.7.准确作图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。应均匀分布在直线的两侧。【实验改进】【实验改进】1.1.用气垫导轨代替长木板。用气垫导轨
14、代替长木板。2.2.用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器。用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器。通过以上装置的改进能最大程度地减少因长木板和打点计时器通过以上装置的改进能最大程度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定,使小车尽可能做的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定,使小车尽可能做匀加速直线运动,以提高实验的精确度。匀加速直线运动,以提高实验的精确度。热点热点 1 1 实验数据的处理实验数据的处理【典例【典例1 1】(20122012山东高考)某同学利用图甲所示的实验装山东高考)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的
15、牵引下置,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,每未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始,每5 5个点取个点取1 1个个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为频率为50Hz50Hz。(1 1)通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点)通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点_和和_之间某时刻开始减速。之间某时刻开始减速。(2 2)计数点)计数点5 5对应
16、的速度大小为对应的速度大小为_m/s_m/s,计数点,计数点6 6对应的速度对应的速度大小为大小为_m/s_m/s。(保留三位有效数字)。(保留三位有效数字)(3 3)物块减速运动过程中加速度的大小为)物块减速运动过程中加速度的大小为a=_m/sa=_m/s2 2,若用,若用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数(来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g g为重力加速度),则计为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值算结果比动摩擦因数的真实值_(选填(选填“偏大偏大”或或“偏小偏小”)。)。ag【标准解答】【标准解答】(1 1)由于计数点)由于计数点6 6之前相邻计数点之间距离之差之前相邻计数点之间
17、距离之差约为约为2cm2cm,而计数点,而计数点6 6、7 7之间的距离比计数点之间的距离比计数点5 5、6 6之间的距离之间的距离多多1.27cm1.27cm,故可判断物块在相邻计数点,故可判断物块在相邻计数点6 6和和7 7之间某时刻开始减之间某时刻开始减速。速。(2 2)计数点)计数点5 5对应的速度对应的速度物块做加速运动时加速度大小物块做加速运动时加速度大小 则计数点则计数点6 6对应的速度为对应的速度为v v6 6=v=v5 5+a+a加加T=T=(1.00+2.001.00+2.000.10.1)m/s=1.20m/sm/s=1.20m/s。2465s9.00 11.0110vm
18、/s1.00m/s2T2 0.1()。22222s2.00 10am/s2.00m/sT0.1加加。(3 3)物块做减速运动时的加速度大小为)物块做减速运动时的加速度大小为a=a=2.00m/s=2.00m/s2 2。由牛顿第二定律得:。由牛顿第二定律得:mg=mamg=ma,所以,所以 由于由于除去物块与桌面间的摩擦力,纸带还受到摩擦力的作用,故除去物块与桌面间的摩擦力,纸带还受到摩擦力的作用,故计算结果比动摩擦因数的真实值偏大。计算结果比动摩擦因数的真实值偏大。答案:答案:(1 1)6 76 7(或(或7 67 6)(2 2)1.00 1.201.00 1.20(3 3)2.00 2.00
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