2020版高考物理复习课件：实验测量做直线运动物体的瞬时速度.pptx

1、对应演练实验1测量做直线运动物体的 瞬时速度对应演练-2-方法一用打点计时器测瞬时速度一、实验目的1.练习使用打点计时器,学会通过纸带上的点测瞬时速度。2.研究物体做匀变速直线运动的规律。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。对应演练-3-三、实验原理1.打点计时器原理对应演练-4-2.用“平均速度法”求速度瞬时速度没法直接测量,因此根据极限的思想,要测量某点的瞬时速度,可通过测量对应的很短时间内的平均速度来测瞬时速度。在公式 中,当t0时v是瞬时速度。对应演练-5-四、实验步骤1.按照实验原理图,把打点计时器

2、固定在长木板无滑轮的一端,接好电源;2.把一细绳系在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂适量的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面;3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,后放开小车;4.小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带;5.换纸带反复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。对应演练-6-五、数据处理1.由实验数据得出v-t图象(1)选择一条比较理想的纸带,确定好计数点。(2)求各计数点的瞬时速度填入表格中。(3)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中描点。(4)根据描点法作一条直线。对应演练-7-2.小车运动的速度随时间变化的规律小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,如图所示,可以得

3、出结论:小车的速度随时间均匀变化。对应演练-8-六、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,防止钩码落地和小车与滑轮碰撞。5.准确作图。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。2.计数点间距测量有偶然误差。3.作图有误差。对应演练-9-方法二用光电门、光电计数器测瞬时速度光电门测速原理是把物体通过光电门的时间内认为物体做匀速直线运动,利用极短时间的平均速度替代瞬时速度,因此,只要测出物

4、体的宽度和物体通过光电门的时间即可测定物体的速度。方法三用频闪照相法测瞬时速度利用频闪照相拍摄运动物体在不同时刻的位置,再根据照片和实物的比例推算出照片中不同时刻物体位置间的位移,根据运动学公式测得物体的速度。对应演练-10-命题点一命题点二基本实验仪器及数据处理基本实验仪器及数据处理1.由纸带计算某点的瞬时速度根据匀变速直线运动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来计算,即2.利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法:如图所示(2)图象法:v-t图象的斜率即为加速度。对应演练-11-命题点一命题点二典例1(1)打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器

5、,目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和计时器两种,它们所接电源均为频率为50 Hz的交流电源,但前者所接的电源电压为 V,后者所接的电源电压为 V,振针每隔 s打下一点。现在使用打点计时器测定物体的速度,当电源频率低于50 Hz时,若仍按照50 Hz计算,则测出的速度值将比真实值。(2)某同学在用小车做“测定直线运动的瞬时速度”实验时,从打出的若干纸带中选出了如图所示的一条(每两点间还有四个点没有画出来),上面的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50 Hz。对应演练-12-命题点一命题点二计算出打下计数点2、4时小车的瞬时速度分别为v2=、v4=。答案(1)电火花462

6、200.02大(2)0.694 m/s1.09 m/s对应演练-13-命题点一命题点二解析(1)打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器,目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种,它们所接电源均为频率为50 Hz的交流电源,但前者所接的电源电压为46 V,后者所接的电源电压为220 V,振针每隔0.02 s打下一点,当电源频率低于50 Hz时,打点时间间隔T大于0.02 s,由v=可知实际计算中时间t偏小,则测出的速度值将比真实值大。(2)每两个计数点之间的时间间隔T=0.10 s。根据匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,可以

7、求出打下2、4点时小车瞬时速度的大小。对应演练-14-命题点一命题点二通过本题要强化瞬时速度概念的建构。要明确对于以纸带为纽带的问题,首先由不同计数点(或计时点)间的长度变化情况明确纸带所对应的物体的运动特点,再利用相应公式进行计算。对于匀变速运动,求瞬时速度的方法:中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度。对应演练-15-命题点一命题点二创新实验创新实验测量瞬时速度的方法很多,测量工具主要有两类:一类是计时工具,一类是测距工具。除了现教材讲的用的打点计时器及教材提到的频闪照相、光电门法外,还有很多方法。因此,要在夯实基础实验的基础上注意迁移、创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧

8、处理新问题。对应演练-16-命题点一命题点二典例2(2017全国卷)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示。实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)对应演练-17-命题点一命题点二(1)由图(b)可知,小车在桌面上是(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为 m/s,加速度大小为

9、 m/s2。(结果均保留2位有效数字)答案:(1)从右向左(2)0.190.037解析:(1)轻推小车,由于阻力小车做减速运动,相同时间内位移逐渐减小,故小车由右向左运动。对应演练-18-命题点一命题点二本题的创新点是利用滴水计时器代替打点计时器,根据水滴的位置分布情况分析小车的运动状态,并求解瞬时速度和加速度。对应演练-19-1.某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上,细绳的一端与物块相连,另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端,所用交流电源频率为50 Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器,释放物块,物块在钩码的作用下拖着纸带运动。

10、打点计时器打出的纸带如图(b)所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。对应演练-20-根据实验数据分析,该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题:(1)在打点计时器打出B点时,物块的速度大小为 m/s。在打出D点时,物块的速度大小为 m/s;(保留两位有效数字)(2)物块的加速度大小为 m/s2。(保留两位有效数字)对应演练-21-答案(1)0.560.96(2)2.0解析(1)根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,所以(2)根据题意,该同学认为物块的运动为匀加速运动,则根据速度公式vD=vB+a2T,代入数据整理可以得到a=2.0 m/s2。对应演练-22-2.(20

11、18辽宁沈阳期中)某人用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。安装调整好实验器材后,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,取几个计数点,如图乙中a,b,c,d,e点。测出x1、x2、x3、x4。对应演练-23-结合上述实验步骤,请你继续完成下列任务:(1)(多选)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,在下列器材中,必须使用的有(填选项前字母)。A.电压合适的50 Hz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.弹簧测力计对应演练-24-(2

12、)(多选)实验操作中,下列选项合理的是()A.先通电,后释放小车B.先释放小车,后通电C.本实验需要垫高长木板一端以平衡摩擦力D.本实验不需要垫高长木板一端以平衡摩擦力(3)如果小车做匀加速运动,所得纸带如图乙所示,则x1、x2、x3的关系是,已知打点计时器所用交流电源频率为50 Hz,刻度尺测得相邻各点间的距离为x1=3.62 cm,x2=4.75 cm,x3=5.88 cm,x4=7.01 cm,小车的加速度是 m/s2(计算结果保留三位有效数字)。(4)如果实际电源频率低于50 Hz,则加速度的计算结果比实际(选填“偏大”“不影响”或“偏小”)。对应演练-25-答案(1)AD(2)AD(

13、3)x2-x1=x3-x2(4)1.13 m/s2(5)偏大解析(1)本实验用到了打点计时器,那么就应该配备交流电源,这样才可以在纸带上周期性地打点,又因为要测量两点之间的距离,所以还会用到测量工具即刻度尺,所以选AD;(2)为了充分合理利用纸带,应该先打开电源,然后再释放小车,因为本实验是研究匀变速直线运动,只要运动中加速度恒定即可,所以没有必要平衡摩擦力,故选AD;(3)由于小车做匀加速运动,所以相邻相等时间内的位移差是恒定的,由s=at2得x2-x1=x3-x2,小车的加速度 ,代入数据可得a=1.13 m/s2;(4)如果实际电源频率低于50 Hz,则周期偏大,计算时还用0.02 s,

14、计算用的周期偏小,由a=,得测得的加速度偏大。对应演练-26-3.(2019山东烟台高三上学期期中)如图所示为某实验小组研究匀变速直线运动所得的一条纸带,已知所用电源的频率为50 Hz,纸带上的计数点为每5个点取一个计数点,则可知相邻两计数点间的时间间隔t=s,若测得计数点0、1之间的距离为1.20 cm,计数点5、6之间的距离为4.7 cm,则可求得加速度a=m/s2。答案 0.10.70解析 相邻两计数点间的时间间隔t=50.02 s=0.1 s;根据x=aT2可解得:对应演练-27-4.(2017全国卷)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:

15、斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。对应演练-28-实验步骤如下:如图(a),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;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t;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;对应演练-29-对应演练-30-完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则 与vA、a和t的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s

16、2。(结果保留3位有效数字)解析:(1)挡光片固定在滑块上,滑块和挡光片的速度相等,一起在固定斜面上做匀加速直线运动,滑块在挡光片遮住光线的t时间内对应演练-31-5.光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。图乙中MN是水平桌面,Q是木板与桌面的接触点,1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出。让滑块d从木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.510-2 s和1.010-2 s,小滑块d的宽度为0.5 cm,则可测出滑块通过光电门1的速度v1=,滑块通过光电门2的速度v2=。滑块从开始遮住第1个光电门到开始遮住第2个光电门的时间为t=3.0 s,则滑块的加速度a=。对应演练-32-答案 0.2 m/s0.5 m/s0.1 m/s2