2022年新教材高考物理总复习第一章运动的描述匀变速直线运动第4讲实验：探究匀变速直线运动的特点课件

这是一份2022年新教材高考物理总复习第一章运动的描述匀变速直线运动第4讲实验：探究匀变速直线运动的特点课件，共29页。
二、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。(2)工作条件:a.电磁打点计时器:约为8 V的　交流    电源。b.电火花计时器:　220 V    的　交流    电源。(3)纸带上各点的意义:a.表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。b.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.利用纸带判断物体运动性质的方法(1)沿直线运动的物体,若相等时间内的位移相同,即x1=x2=x3=…,则物体做    匀速    直线运动。(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1,x2,x3,x4,…,若Δx=x2-x1 =x3-x2=x4-x3=…,则说明物体在做　匀变速    直线运动,且Δx=    aT2    。3.速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求瞬时速度,即vn= ,如图所示。 
(2)“逐差法”求加速度,即a1= ,a2= ,a3= ,然后取平均值,即 = ,这样可以使所给数据得到充分利用,以提高结果的准确性。(3)“图像法”求加速度,即由“平均速度法”求出多个点的速度,画出v-t图, 图线的　斜率    即加速度。
三、实验步骤1.按实验原理图所示,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源。2.把细绳一端固定在小车上,跨过定滑轮后在另一端挂适量的钩码,让纸带穿 过打点计时器,固定在小车后面。3.把小车停在靠近打点计时器处,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。
四、数据处理1.由实验数据得出v-t图像。 (1)根据测量计算得出的v、t数据,在直角坐标系中仔细描点。(2)作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量多地落到这条直线上,落不到 直线上的各点应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验得出的v-t图
线,它是一条倾斜的直线,如图所示。2.由实验得出的v-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。 (1)直接分析图像的特点得出。小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所 示,当时间增加相同的值Δt时,速度也会增加相同的值Δv,由此得出结论:小车 的速度随时间均匀变化。
(2)通过函数关系进一步得出。既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线,那么v 随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t呈线性关系,小车的速度随时间均匀 变化。3.用Δx=aT2对纸带进行分段,计算加速度。若纸带上计数段为偶数,直接分为 前后两段计算,若纸带计数段为奇数,可以舍掉首段或中间一段进行计算。
实验室利用打点计时器研究小滑块做减速运动时的运动情况,打出如图所示 的纸带,打点计时器接在频率为50 Hz 的交流电源上。请回答下列问题:(1)纸带的    B    (选填“A”或“B”)端与小滑块相连,纸带上AB段运动的时 间为　0.08 s    。(2)根据纸带请判断该滑块的运动属于　匀减速    (选填 “非匀减速”或 “匀减速”)直线运动。(3)从纸带可以测出A、B两点间的距离为　9.20 cm    ,滑块的加速度大小为 　5.00 m/s2    。(计算结果保留三位有效数字)
考点一　利用打点计时器测速度和加速度1.注意事项(1)平行:纸带、细绳要和长木板平行。(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后 取纸带。(3)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。
(4)减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大 小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜。2.纸带数据的分析和运用(1)利用连续相等时间内的位移之差等于恒量进行有关计算或判断。(2)利用平均速度法求瞬时速度。(3)利用Δx=aT2(或逐差法)求a。
例1　某同学用图1所示的实验装置研究小车做匀变速直线运动的特点。  图1(1)实验中,除打点计时器(含交流电源、纸带、复写纸)、小车、平板和重物 外,在下面的器材中,必须使用的是    A    (选填选项前的字母)。A.刻度尺　　    B.秒表　　    C.天平
(2)下列实验步骤的正确顺序是    DCBA    (用字母填写)。A.关闭电源,取下纸带B.接通电源后,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(3)实验中获得的一条纸带如图2所示,在纸带上依次取O、A、B、C、D…… 若干个计数点,利用实验数据计算出打点时小车的速度v。  图2
以v为纵坐标,t为横坐标,作出如图3所示的v-t图像。根据图像求出小车的加 速度a=　1.4~1.5    m/s2。(保留两位有效数字) 
解析　(1)需要对计数点间距进行测量,故还需要刻度尺。(2)按照实验排列即 可。(3)v-t图线的斜率等于加速度。
方法总结利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的两种方法:(1)观察速度是否随时间均匀变化。(2)看是否满足连续相等时间内位移差值相等,即Δx=aT2=定值。
例2　某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如 下: a.安装好实验器材。b.接通电源后,让拖着纸带的小车沿斜面向下运动,重复几次。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,如图中0、1、2、…、6点所示。 c.测量1、2、3、…、6计数点到0计数点的距离,分别记作:x1、x2、x3、…、x6。d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。
e.分别计算出x1、x2、x3、…、x6与对应时间的比值 、 、 、…、 。f.以 为纵坐标、t为横坐标,标出 与对应时间t的坐标点,画出  -t图线。结合上述实验步骤,请你解答下列问题:①实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及 开关外,在下面的器材中,必须使用的有    A    和    C    。(填选项代号)A.电压合适的50 Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺　    
D.秒表　    E.天平　    F.重锤②将分度值为1 mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐,0、1、2、5计数点所在 位置如图所示,则x2=　2.98(2.97~2.99)    cm,x5=　13.20(13.19~13.21)    cm。 ③该同学在图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点,请你在该图中标出
与2、5两个计数点对应的坐标点,并画出 -t图线。 
④根据 -t图线判断,在打0计数点时,小车的速度v0=　0.18(0.16~0.20)     m/s;它在平板上运动的加速度a=　4.80(4.50~5.10)     m/s2。
解析　①打点计时器必须与交流电源配合使用,选A。还必须使用刻度尺测 量0计数点与其他计数点间的距离,选C。②由题图可知x2=2.98 cm,x5=13.20 cm。③因t2=0.08 s, =  cm/s=37.25 cm/s,故计数点2的坐标为(0.08 s,37.25 cm/s),同理得计数点5的坐标为(0.20 s,66.00 cm/s)。由匀加速直线运动规律可得  =v0+ at,故 -t图线为一条倾斜直线,如答案图所示。④该图像纵轴截距表示小车的速度v0=0.18 m/s。斜率k= a=2.40 m/s2,所以a=4.80 m/s2。
考点二　利用闪光照相技术测速度和加速度
例3　如图为小球做自由落体运动的闪光照片,它的闪光频率是30 Hz,从某个 稍大些位置间隔开始测量,照片上边数字表示的是这些相邻间隔的序号,下边 的数据是用刻度尺量出其中间隔的长度(单位是cm)。根据所给的两个数据 求出小球加速度的测量值g=　9.72    m/s2,小球在位置A的瞬时速度vA=　2.47    m/s。(结果均保留3位有效数字) 
解析 由题图可知0.131 m-0.077 m=5×g× ,解得g=9.72 m/s2;对1到2位置,由x=v0t+ gt2,代入数据解得v0≈2.15 m/s,则vA=v0+gt=2.15 m/s+9.72×  m/s≈2.47 m/s。
考点三　利用光电门测速度和加速度
例4　利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安 装有两个光电门,其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处,光电门甲的位置可 移动。当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时,与两个光电门都相连的计时 器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进 行多次测量,每次都使滑块从同一点由静止开始下滑,并用米尺测量甲、乙之 间的距离s,记下相应的t值;所得数据如表所示。
　　(1)若滑块所受摩擦力为一常量,滑块加速度的大小a、滑块经过光电门 乙时的瞬时速度vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是     =- at+vt(或写成 s=- at2+vtt也可)    ;(2)根据表中给出的数据,在给出的坐标纸上画出 -t图线;