高考物理考綱專項復習 實驗研究勻變速直線運動課件

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1、學案學案4 實驗：研究勻變速直線運動實驗：研究勻變速直線運動 一、實驗目的一、實驗目的 1.練習使用電磁打點計時器或電火花計時器，并學會用打上點的紙帶練習使用電磁打點計時器或電火花計時器，并學會用打上點的紙帶研究物體的運動。研究物體的運動。 2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法。掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法。 3.會利用紙帶測定物體做勻變速直線運動的加速度。會利用紙帶測定物體做勻變速直線運動的加速度。 二、實驗原理二、實驗原理 1.打點計時器打點計時器 (1)作用作用 通過打點實現(xiàn)計時功能的儀器，若所用交流電源頻率為通過打點實現(xiàn)計時功能的儀器，若所用交流電源頻率為50 Hz，則

2、每，則每隔隔0.02 s打一次點。打一次點。 (2)工作條件電磁打點計時器：工作條件電磁打點計時器：4 V 6 V交流電源交流電源 電火花計時器：電火花計時器：220 V交流電源交流電源 (3)紙帶上點的意義紙帶上點的意義 表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置。表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置。 通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動狀況。通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動狀況。 電磁打點計時器電磁打點計時器 電磁打點計時器的構造如圖，電磁打點計時器的構造如圖，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動起來，位于振片一端的振針上下振動起

3、來，位于振片一端的振針也跟著上下振動而打點，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶也跟著上下振動而打點，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列點。上打出一系列點。 電火花計時器電火花計時器 電火花計時器構造如圖所示，電火花計時器構造如圖所示，利用火花放電在紙帶上打出孔而顯示利用火花放電在紙帶上打出孔而顯示點跡的計時儀器，工作電壓為點跡的計時儀器，工作電壓為220 V交交流電，按下脈沖輸出開關時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極流電，按下脈沖輸出開關時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產生火花放電，于是的放電針、墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產生火花放電，于是在運動紙帶上

4、就打出系列點跡。在運動紙帶上就打出系列點跡。(4)兩種打點計時器兩種打點計時器 (3)由紙帶求物體在打下某計數(shù)點時瞬時速度的由紙帶求物體在打下某計數(shù)點時瞬時速度的方法：方法：vn=(xn+xn+1)/(2T)，即，即時間時間2T內的平均速度等于該內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度，段時間中間時刻的瞬時速度，如圖所示。如圖所示。 2.勻變速直線運動的特點勻變速直線運動的特點 (1)物體做勻變速直線運動時，若加速度為物體做勻變速直線運動時，若加速度為a，在，在各個連續(xù)相等的時間各個連續(xù)相等的時間T內發(fā)生的位移依次為內發(fā)生的位移依次為x1，x2，x3,xn，則有：，則有：x2-x1=x3-x

5、2=xn-xn-1=aT2，即任意，即任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內的位移差相等?？梢砸纼蓚€連續(xù)相等的時間間隔內的位移差相等?？梢砸罁?jù)這個特點，判斷一個物體是否做勻變速直線運動。據(jù)這個特點，判斷一個物體是否做勻變速直線運動。 (2)勻變速直線運動的物體在某段時間內的平均勻變速直線運動的物體在某段時間內的平均速度等于該段時間內中間時刻的瞬時速度。速度等于該段時間內中間時刻的瞬時速度。 (1)逐差法逐差法 設相鄰相同時間設相鄰相同時間(T)內的位移分別為內的位移分別為x1,x2，,xn,則：則：x2-x1=x3-x2=x4-x3=xn-xn-1=aT2， x4-x1=3a1T2, x5-x2=3a2

6、T2， x6-x3=3a3T2， 得加速度為：得加速度為： (2)圖象法圖象法 以打某計數(shù)點時為計時起點，然后利用以打某計數(shù)點時為計時起點，然后利用vn=xn+xn+1/(2T)求出打各點時的速度，描點得求出打各點時的速度，描點得v-t圖象，圖象，v-t圖象的斜率即為加速度，如圖所示。圖象的斜率即為加速度，如圖所示。3.由紙帶求物體加速度的方法由紙帶求物體加速度的方法23216542362252143219)()333(313TxxxxxxTxxTxxTxxaaaa 2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，放手后，看小車能否在下邊掛上

7、合適的鉤碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的另一端固定在小車的后面。計時器，并把紙帶的另一端固定在小車的后面。 3.把小車停在打點計時器處。先接通電源，把小車停在打點計時器處。先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點，換上新紙帶，重器就在紙帶上打下一列小點，換上新紙帶，重復實驗三次。復實驗三次。 三、實驗器材三、實驗器材 電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車

8、、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片。紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片。 四、實驗過程四、實驗過程 1.如圖所示，把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸如圖所示，把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出底面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路。出底面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路。 4.從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個開始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，確定在后面便于測量的地方找一個開始點，以

9、后依次每五個點取一個計數(shù)點，確定好計數(shù)始點，并標明好計數(shù)始點，并標明0，1，2，3，4，測量各計數(shù)點到，測量各計數(shù)點到0點的距離點的距離x，并記錄，并記錄填入表中。填入表中。) 5.利用一段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)利用一段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點點1，2，3，4，5的瞬時速度，填入上面的表格中。的瞬時速度，填入上面的表格中。 6.計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離 x1， x2， x3，用逐差法求出加速，用逐差法求出加速度，最后求其平均值，填入上面的表格中。度，最后求其平均值，填入上面的表格中。(也可由上個

10、步驟中求出的各計數(shù)點也可由上個步驟中求出的各計數(shù)點對應的瞬時速度，作出對應的瞬時速度，作出v-t圖象，根據(jù)圖象的斜率來求加速度圖象，根據(jù)圖象的斜率來求加速度a)。 7.增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗。增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗。 8.實驗結束后，整理好實驗器材。實驗結束后，整理好實驗器材。位置編號0123456時間t/sx/mv/(ms-1)x/ma/(ms-2)sm/(-2 a 五、注意事項五、注意事項 1.要在鉤碼落地處放上軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。要在鉤碼落地處放上軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。 2.要在小車到達滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止撞壞要在小車到達滑輪前用手按住它或放置泡

11、沫塑料擋板，防止撞壞小車。小車。 3.小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出的紙帶上清楚地取出78個計數(shù)點為宜。個計數(shù)點為宜。 4.紙帶運動時盡量不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦。紙帶運動時盡量不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦。 5.要先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后，再放開小車；放開小要先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后，再放開小車；放開小車時，小車要靠近打點計時器，以充分利用紙帶的長度。車時，小車要靠近打點計時器，以充分利用紙帶的長度。 6.不要分段測量各段位移，

12、應盡可能地一次測量完畢不要分段測量各段位移，應盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離之間的距離)，讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位。，讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位。 六、誤差分析六、誤差分析 本實驗參與計算的量有本實驗參與計算的量有x和和T，因此誤差來源于，因此誤差來源于x和和T。 1.由于相鄰兩計數(shù)點之間的距離由于相鄰兩計數(shù)點之間的距離x測量不夠精確而使測量不夠精確而使a的測量結果產的測量結果產生誤差。生誤差。 2.市電的頻率不穩(wěn)定使市電的頻率不穩(wěn)定使T不穩(wěn)定而產生誤差。不穩(wěn)定而產生誤差?？键c考點1 打點計時器的構造、原理、使用打點計時器的構造

13、、原理、使用【例例1】電磁打點計時器是一種使用電磁打點計時器是一種使用_電源的計時儀器，它的工作電壓電源的計時儀器，它的工作電壓_ V 以下以下,當電源頻率是當電源頻率是50 Hz時時,它每隔它每隔_s打一次點。使用打點計時器時，紙帶應打一次點。使用打點計時器時，紙帶應 穿過穿過_，復寫紙應套在，復寫紙應套在_上，并要放在紙帶的上，并要放在紙帶的_面；應把面；應把_ 電源用導線接在電源用導線接在_上；打點時應先上；打點時應先_，再讓紙帶運動。，再讓紙帶運動。 正確掌握打點計時器的構造、工作原理、使用方法等是正確掌握打點計時器的構造、工作原理、使用方法等是做出正確判斷的關鍵。做出正確判斷的關鍵。

14、 【解析解析】電磁打點計時器是一種測量時間的儀器，使用電磁打點計時器是一種測量時間的儀器，使用6 V以下的低以下的低壓交流電源，它每隔一個周期打一個點，因此紙帶上的兩個點之間的時壓交流電源，它每隔一個周期打一個點，因此紙帶上的兩個點之間的時間間隔為交流電的周期，使用打點計時器時，紙帶應穿過限位孔，復寫間間隔為交流電的周期，使用打點計時器時，紙帶應穿過限位孔，復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，打點時要先接通電源，再讓紙帶運動。紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，打點時要先接通電源，再讓紙帶運動。低壓交流低壓交流60.02限位孔限位孔定位軸定位軸上上低壓交流低壓交流接線柱接線柱接通電源接通電源 1使用電火花計時器來分析物體運動情況

15、的實驗中：使用電火花計時器來分析物體運動情況的實驗中：(1)在如下基本步驟中，正確的排列順序為在如下基本步驟中，正確的排列順序為_。 A.把電火花計時器固定在桌子上把電火花計時器固定在桌子上 B.安好紙帶安好紙帶 C.松開紙帶讓物體帶著紙帶運動松開紙帶讓物體帶著紙帶運動 D.接通接通220 V交流電源交流電源 E.按下脈沖輸出開關，進行打點按下脈沖輸出開關，進行打點(2)在安放紙帶時，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在在安放紙帶時，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在 _上，還要檢查上，還要檢查_是否夾在兩條紙帶之是否夾在兩條紙帶之 間。間。A B D E C紙盤軸紙盤軸墨粉紙盤墨粉紙盤考點考點2

16、實驗操作技巧實驗操作技巧【例例2】在在“研究勻變速直線運動研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學的操作中有以下實驗的實驗中，某同學的操作中有以下實驗步步 驟，其中錯誤或遺漏的步驟有驟，其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號遺漏步驟可編上序號G、H) _ _。 A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，先放開紙帶，再接通電源拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，先放開紙帶，再接通電源 B.將打點計時器固定在平板上，并接好電源將打點計時器固定在平板上，并接好電源 C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面吊著適當重的鉤碼把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面吊著適當重的鉤碼 D.取下紙帶取下

17、紙帶 E.將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動 F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 將以上步驟完善將以上步驟完善,并按合理順序填寫在橫線上。并按合理順序填寫在橫線上。 _。A中應先接通電源，再放開紙帶。中應先接通電源，再放開紙帶。D中應先斷開電源，使打點計時器停中應先斷開電源，使打點計時器停止工作。應補充止工作。應補充G，換上紙帶，重復實驗三次，換上紙帶，重復實驗三次B F E C A D G 實驗操作的技巧：實驗操作的技巧： (1)開始釋放小車時，應使小車靠近打點

18、計時器。開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。 (2)應該先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車。應該先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車。 (3)小車另一端所掛的鉤碼的個數(shù)要適當，避免加速度過大而使紙帶上小車另一端所掛的鉤碼的個數(shù)要適當，避免加速度過大而使紙帶上打的點太少，或者加速度太小，使各段位移無較大區(qū)別，加速度大小以能在打的點太少，或者加速度太小，使各段位移無較大區(qū)別，加速度大小以能在約約50cm的紙帶上清楚地取出的紙帶上清楚地取出78個計數(shù)點為宜。個計數(shù)點為宜。 (4)應選擇點跡清晰的紙帶，適當舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點應選擇點跡清晰的紙帶，適當舍棄點密集部分

19、，適當選取計數(shù)點(計計數(shù)點和計時點有區(qū)別數(shù)點和計時點有區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒。等于多少秒。 (5)紙帶運動時，要減少紙帶與打點計時器的限位孔間的摩擦。紙帶運動時，要減少紙帶與打點計時器的限位孔間的摩擦。 (6)要在鉤碼落地處放置軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。要在鉤碼落地處放置軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。 (7)要在小車到達滑輪前，用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止車掉要在小車到達滑輪前，用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止車掉在地上或撞壞滑輪。在地上或撞壞滑輪。 2某同學用圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的某同學用圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟

20、如下：運動。實驗步驟如下：a.安裝好實驗器材。安裝好實驗器材。b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下 運動，重復幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶。運動，重復幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶。 舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù)舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù) 點，如圖中點，如圖中0、1、26。c.測量測量1、2、36計數(shù)點到計數(shù)點到0計數(shù)點的距離，分別記作：計數(shù)點的距離，分別記作：x1、x2、x3x6。d.通過測量和計算，該同學判斷出小車沿平板做勻加速直線運動。通過測量和計算，該同學

21、判斷出小車沿平板做勻加速直線運動。e.分別計算出分別計算出x1、x2、x3x6與對應時間的比值與對應時間的比值x1/t1、x2/t2、x3/t3x6/t6。f.以以x/t為縱坐標、為縱坐標、t為橫坐標，標出為橫坐標，標出x/t與對應時間與對應時間t的坐標點，畫出的坐標點，畫出x/t-t圖線。圖線。(2)將最小刻度為將最小刻度為1 mm的刻度尺的的刻度尺的0刻線與刻線與0計數(shù)點對齊，計數(shù)點對齊，0、1、2、5計數(shù)點所在位計數(shù)點所在位 置如圖所示，則置如圖所示，則x2=_ cm，x5=_ cm。(3)該同學在圖中已標出該同學在圖中已標出1、3、4、6計數(shù)點對應的坐計數(shù)點對應的坐 標點，請你在該圖中

22、標出與標點，請你在該圖中標出與2、5兩個計數(shù)點對應的坐兩個計數(shù)點對應的坐 標點，并畫出標點，并畫出x/t-t圖線。圖線。(4)根據(jù)根據(jù)x/t-t圖判斷，在打圖判斷，在打0計數(shù)點時，小車的速度計數(shù)點時，小車的速度v0=_ m/s；它在斜面上運動的加速度；它在斜面上運動的加速度a= _m/s2。 結合上述實驗步驟，請你完成下列任務：結合上述實驗步驟，請你完成下列任務：(1)實驗中，除打點計時器實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙含紙帶、復寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導線及開關外，、小車、平板、鐵架臺、導線及開關外， 在下面的儀器和器材中，必須使用的有在下面的儀器和器材中，必須使用的有_和和_。(填

23、選項代號填選項代號) A.電壓合適的電壓合適的50 Hz交流電源交流電源 B.電壓可調的直流電源電壓可調的直流電源 C.刻度尺刻度尺 D.秒表秒表 E.天平天平 F.重錘重錘 【答案答案】(1)A C (2) 2.98(2.972.99均可均可)13.20(13.1913.21均可均可) (3)見解析圖見解析圖 (4)0.18(0.160.20均可均可) 4.80(4.505.10均可均可)考點考點3 3 實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理【例例3】某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加 速度，電源頻率速度，電源頻率f=50 Hz。在紙帶上打

24、出的點中，選出零點，。在紙帶上打出的點中，選出零點， 每隔每隔4個點取個點取1個計數(shù)點。因保存不當，紙帶被污染。如圖個計數(shù)點。因保存不當，紙帶被污染。如圖 所示，所示，A、B、C、D是依次排列的是依次排列的4個計數(shù)點，僅能讀個計數(shù)點，僅能讀 出其中出其中3個計數(shù)點到零點的距離：個計數(shù)點到零點的距離：xA=16.6 mm、xB=126.5 mm、 xD=624.5 mm。若無法再做實驗，可由以上信息推知：若無法再做實驗，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為_s；(2)打打C點時物體的速度大小為點時物體的速度大小為_m/s(取取2位有效數(shù)字位有效數(shù)字)；(3)物

25、體的加速度大小為物體的加速度大小為_(用用xA、xB、xD和和f表示表示)?！敬鸢复鸢浮?1)0.1 (2)2.5 (3)(xD-3xB+2xA)f2/75 【解析解析】(1)因為因為“每隔每隔4個點取個點取1個計數(shù)點個計數(shù)點”，故相鄰兩，故相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為計數(shù)點的時間間隔為T=0.02 s5=0.1 s； (2)打打C點時的瞬時速度等于以點時的瞬時速度等于以C點為中間時刻的點為中間時刻的BD段的段的平均速度。平均速度。 所以所以 m/s (3)T5T=5/f xAB=xB-xA xAD=xD-xA xAB=vAT+(1/2)aT2 xAD=vA3T+(1/2)a(3T)2 聯(lián)立以上各

26、式可解得聯(lián)立以上各式可解得 a=(xD-3xB+2xA)f2/75。5 . 222 TxxTBDvvBDBDC 3某同學在某同學在“研究勻變速直線運動研究勻變速直線運動”實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共共7個計數(shù)點，其相鄰點間的個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10 s。(1)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、C、D、E、F

27、五個點時小車五個點時小車 的瞬時速度，并將各個速度值填入下式的瞬時速度，并將各個速度值填入下式 (保留三位有效數(shù)字保留三位有效數(shù)字) vB=_m/s，vC=_m/s， vD=_m/s，vE= _m/s， vF=_m/s。(2)將將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標在如圖所示的坐標紙上，并畫出各個時刻的瞬時速度標在如圖所示的坐標紙上，并畫出 小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖象。小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖象。(3)根據(jù)根據(jù)(2)中畫出的中畫出的v-t圖象，求得小車運動的加速度為圖象，求得小車運動的加速度為 _ m/s2。(保留兩位有效數(shù)字保留兩位有效數(shù)字) 【答案答案】(1)0.400 0.479 0.640 0.721(2)如圖如圖 (3)0.780.80均可均可