新教材高考物理一轮复习第1章运动的描述匀变速直线运动的研究实验1测量做直线运动物体的瞬时速度课件

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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、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
三、实验思路1.打点计时器原理 均用交变电源
2.用“平均速度法”测速度瞬时速度没法直接测量,因此根据极限的思想,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v= 中,当Δt→0时v是瞬时速度。3.匀变速直线运动的速度测量在匀变速直线运动中,某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度,故打第n个点时纸带的瞬时速度为 。
四、进行实验1.如图所示,把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,木板上放一个可以左右移动的小车,小车一端连接穿过打点计时器的纸带,另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。2.把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器,然后放开小车,让它拖着纸带运动。于是,打点计时器在纸带上打下一行小点。随后,立即关闭电源。3.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做两次实验。
五、数据记录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并记录。六、数据处理1.由实验数据得出v-t图像(1)根据记录的v、t数据,在直角坐标系中描点。(2)根据描点作一条直线。　不要连成折线
2.小车运动的速度随时间变化的规律小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,可以得出结论:小车的速度随时间均匀变化。
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。
八、其他实验方案概述方案1:用光电门、数字计时器测瞬时速度光电门测速原理是用极短时间内的平均速度替代瞬时速度,根据v= 可知,只要测出物体的宽度和物体通过光电门的时间即可测定物体的速度。方案2: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。此种方法不仅适用于测直线运动的物体速度,也适用于测匀变速曲线运动的物体的速度。
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,即 来计算。
2.利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔),求出在数据处理时可以对纸带重新分段,把6段距离分为“前三”和“后三”,“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内的位移差,时间间隔为3T。(2)图像法利用 求出打各点时纸带的瞬时速度,然后作出v-t图像,用v-t图像的斜率求物体运动的加速度。
典例1.某同学想用打点计时器测量小车的瞬时速度和加速度。(1)实验室提供了以下器材: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、交变电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是　　　　　　　　　　　。 
表中列出了打点计时器打下B、C、F点时小车的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。
(2)下图是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出,打点计时器打点的时间间隔为0.02 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。
(3)以A点为计时起点,在坐标系中画出小车的速度—时间关系图线。
(4)根据画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a=　　　　 m/s2(结果保留两位有效数字)。 (5)如果当时电网中交变电流的频率是f=49 Hz,而做实验的同学并不知道,由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏　　　　　(选填“大”或“小”)。 
答案 (1)弹簧测力计　(2)0.864　0.928　(3)见解析图　(4)0.65　(5)大解析 (1)本实验中不需要测量力的大小,因此不需要的器材是弹簧测力计。
(3)小车的速度—时间关系图线如图所示。
(4)由小车的速度—时间关系图线可得,小车的加速度(5)当交变电流的频率f=49 Hz时,实际周期大于0.02 s,根据运动学公式Δx=aT2得,测量的加速度值与实际值相比是偏大的。
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注重迁移创新能力的培养,用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
1.实验器材的改进及速度的测量方法
2.获得加速度方法的改进长木板倾斜,靠小车的重力获得加速度(如图甲、乙所示) 靠重物的拉力获得加速度。
典例2.(2023广东湛江测试)某实验小组用图甲所示的装置研究物体做匀变速直线运动的规律。
(1)将木板水平固定在桌面上,在木板上装有两个光电门1、2,测得两光电门间的距离l=0.250 m,用游标卡尺测出遮光片的宽度如图乙所示,则遮光片的宽度d=　　　 mm。 (2)绕过木板左端定滑轮的细线的一端连在装有遮光片的物块上,另一端吊着装有砂的砂桶,将物块先固定在木板右侧,调节定滑轮高度,使连接物块的细线与木板平行。(3)释放物块,物块上的遮光片通过光电门1、2时的遮光时间分别为t1=2.16×10-2 s、t2=5.40×10-3 s,则遮光片通过光电门1的速度大小为　　　　 m/s;物块运动的加速度大小为　　　　 m/s2。(结果均保留2位有效数字) 
答案 (1)5.4　(3)0.25　1.9解析 (1)游标卡尺读数即遮光片的宽度,为5 mm+4×0.1 mm=5.4 mm。
典例3.(2022江苏卷)小明利用手机测量当地的重力加速度,实验场景如图甲所示,他将一根木条平放在楼梯台阶边缘,小球放置在木条上,打开手机的“声学秒表”软件,用钢尺水平击打木条使其转开后,小球下落撞击地面,手机接收到钢尺的击打声开始计时,接收到小球落地的撞击声停止计时,记录下击打声与撞击声的时间间隔t。多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t。(1)现有以下材质的小球,实验中应当选用　　　　。 A.钢球B.乒乓球C.橡胶球
(2)用分度值为1 mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图乙所示,则h=　　　　 cm。 
(3)作出2h-t2图线,如图丙所示,则可得到重力加速度g=　　　　 m/s2。 (4)在图甲中,将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量,若将手机放在地面A点,设声速为v,考虑击打声的传播时间,则小球下落时间可表示为t'=　　　　(用h、t和v表示)。 (5)有同学认为,小明在实验中未考虑木条厚度,用图像法计算的重力加速度g必然有偏差。请判断该观点是否正确,简要说明理由。
解析 (1)为了减小空气阻力等因素影响,应该选用材质密度较大的钢球,选项A正确。(2)刻度尺的分度值为1 mm,估读到分度值的下一位,由题图可知h=61.20 cm。
与2h=gt2对比,斜率都是g,所以用图像法处理实验数据时,木条的厚度对实验无影响。
1.某研究小组尝试使用等时性良好的“节拍法”来研究物体沿斜面运动的规律。实验所用节拍频率是每秒2拍,实验装置如图甲所示。在光滑倾斜的轨道上装有可沿轨道移动的框架,框架上悬挂轻薄小金属片,滑块下滑撞击金属片会发出“叮”的声音(金属片对滑块运动的影响可忽略)。实验步骤如下:①从某位置(记为A0)由静止释放滑块,同时开始计拍调节框架的位置,使相邻金属片发出的“叮”声恰好间隔1拍,并标记框架在轨道上的位置A1、A2、A3…②测量A1、A2、A3…到A0的距离s1、s2、s3…如图乙所示。
③将测量数据记录于下表,并将节拍数n转换成对应时间t的二次方。
(1)表格中“C”处的数据应为　　　　　　　　　。 (2)由表中数据分析可得,s与t2成　　 　 　　　(选填“线性”或“非线性”)关系。 (3)滑块的加速度大小为　　　　　　　　 m/s2(结果保留2位小数)。 
答案 (1)2.25　(2)线性　(3)0.77解析 (1)所用节拍频率是每秒2拍,所以每拍0.5 s,表格中“C”处对应的是3拍,对应时间是1.5 s,二次方为2.25 s2。(2)表中s与t2的比值近似为一常数,所以s与t2成线性关系。
2.(2022全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t=0)开始的一段时间内,该飞行器可视为沿直线运动,每隔1 s测量一次其位置,坐标为x,结果如下表所示:
回答下列问题:(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动,判断的理由是　　 。(2)当x=507 m时,该飞行器速度的大小v=　　　　 m/s。 (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a=　　　　 m/s2(保留2位有效数字)。
答案 (1)相邻1 s内的位移之差接近80 m　(2)547　(3)79解析 (1)由题表可知,飞行器第1 s内的位移为507 m,第2 s内的位移为587 m,第3 s内的位移为665 m,第4 s内的位移为746 m,第5 s内的位移为824 m,第6 s内的位移为904 m,则相邻1 s内的位移之差接近80 m,可判断飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。(2)当x=507 m时,飞行器的速度近似等于0~2 s内的平均速度,
3.(2022辽宁卷)某同学利用下图所示的装置测量重力加速度,其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度,令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。
(1)除图中所用的实验器材外,该实验还需要　　(选填“天平”或“刻度尺”)。(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50 cm,记录时间间隔的数据见下表。
根据上述实验数据,可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3=　　　　 m/s(结果保留2位有效数字)。 (3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2,则重力加速度g=　　　　　　(用d、Δt1、Δt2表示)。 (4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度,请写出一条可能的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。