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    2024年高考物理第一轮复习:创新实验课(01) 测量做直线运动物体的瞬时速度课件PPT

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    这是一份2024年高考物理第一轮复习:创新实验课(01) 测量做直线运动物体的瞬时速度课件PPT,共43页。PPT课件主要包含了实验基础知识,命题点一,实验原理与操作,命题点二,数据处理与误差分析,命题点三,创新拓展实验等内容,欢迎下载使用。

    一、实验基本技能1.实验目的(1)练习正确使用打点计时器,学会利用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,会利用纸带计算匀变速直线运动的加速度.
    2.实验原理(1)打点计时器的原理①电磁打点计时器使用8V以下低压交变电源,电火花计时器使用220V交流电.(50 Hz  0.02 s)②每打两个点的时间间隔为0.02 s,一般每五个点取一个计数点,则时间间隔为Δt=0.02×5 s=0.1 s.
    (2) 原理装置图①不需要补偿阻力.②不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量.
    (3)匀变速直线运动的判断①若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量,即Δx=aT2,则物体做匀变速直线运动.②利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度,作出物体运动的v­t图像,若图像是一条倾斜的直线,则物体做匀变速直线运动.(4)瞬时速度的求法:平均速度法.(5)加速度的求解方法:“逐差法”求加速度,然后取平均值; “图像法”.
    3.实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸.4.实验步骤(1)按照实验原理图,把打点计时器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,下端挂适量的槽码,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.
    2.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动(1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离.(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差:Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2,….(3)T是相邻两计数点间的时间间隔:T=0.02n s(打点计时器的频率为50 Hz,n为两计数点间计时点的间隔数).(4)Δx=aT2,因为T是恒量,做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量,所以Δx必然是个恒量.这表明:只要小车做匀变速直线运动,它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等.
    3.误差分析(1)根据纸带测量的位移有误差.(2)电源频率不稳定,造成相邻两点的时间间隔不完全相等.(3)纸带运动时打点不稳定引起测量误差.(4)用作图法作出的v­t图像并不是一条直线.
    4.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,后放开小车;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,防止槽码落地和小车与滑轮相撞.(4)减小误差:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差产生的影响,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.
    用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律.甲
    主要实验步骤如下:a.安装好实验器材,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次.b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图乙中A、B、C、D、E、F……所示.乙c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5……
    d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图丙所示.丙
    结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有________和________(填选项前的字母).A.电压合适的50 Hz交变电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝码)(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v­t图像.
    解析:(1)打点计时器使用的是交变电源,故选A,不选B;相邻打点间的时间是已知的,故不选D;计数点间的距离需要用刻度尺测量,故选C;由于不需要知道小车和重物的质量,所以不需要天平(含砝码),故不选E.(2)C点的横坐标为3T,纵坐标为v3,连线时要让尽量多的点在一条直线上.如图所示.
    答案:(1)A C (2)图像见解析 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关
    [对点演练]1.(2022·东北师大附中等六校联考)研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图(a).纸带上计数点的间距如图(b),相邻计数点的时间间隔为T,计数点O至其它各计数点的距离为xi(其中i=1、2、3……).
    (1)(多选)部分实验步骤如下,其中正确的有__________.A.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔B.必须抬高木板右端,补偿阻力C.将小车尾部与纸带相连,小车停靠在打点计时器附近D.先释放小车,后接通电源(2)用x3、x5和T表示计数点4对应的小车速度大小为v4=__________.(3)用x3、x6和T表示小车加速度的大小为a=__________.
    如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,而相邻计数点间还有4个点未画出.打点计时器所接电源频率为50 Hz.
    (1)根据________________可以判定小车做匀加速运动.(2)根据运动学有关公式可求得vB=________m/s,vC=________m/s,vD=________m/s.(3)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的v­t图线(以打A点时开始计时),并根据图线求出小车运动的加速度a=________m/s2.(4)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标是________m/s,则此速度的物理意义是________________________________________________________________________.
    (4)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标是零时刻的速度,为0.12 m/s,此速度的物理意义是打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度.答案:(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等 (2)1.38 2.64 3.90 (3)图见解析 12.6 (4)0.12 打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度
    [对点演练]2.某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,该打点计时器电源的频率为50 Hz,在打好的纸带上每5个点标记一个计数点,标记结果如图所示.A、B、C、D为连续选择的计数点,其位置分别为20.0 mm、34.0 mm、53.0 mm和77.0 mm.则(1)图中相邻两计数点的时间间隔是________s.(2)打B点时小车的速度大小是________m/s.(3)小车运动的加速度大小是________m/s2.
    答案:(1)0.1 (2)0.165 (3)0.5
    由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为________ m/s2,小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为______.(结果均保留2位有效数字,重力加速度大小取9.80 m/s2)
    【解题方案】第1步:弄清实验目的:测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数.第2步:理清实验原理:铜块在斜面上匀加速下滑,符合动力学模型.弄清运动情况和受力情况,测出运动位移和运动时间,即可求出动摩擦因数.第3步:制定数据处理方案:利用逐差法求加速度,再利用牛顿第二定律求动摩擦因数.
    答案:0.43 0.32
    [对点演练]3.(实验原理的创新)(2020·江苏卷)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度,实验装置如图1所示.
    (4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向.从该视频中截取图片,________(选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度.解析:(1)要测量当地重力加速度需要尽量减小空气阻力的影响,所以密度大、体积小的小钢球最适合.(2)要完成实验首先应该将刻度尺竖直固定在墙上,安装好三脚架,调整好手机摄像头的位置;因为下落时间很短,所以一定要先打开摄像头开始摄像,然后再将小球从刻度尺旁静止释放,故顺序为①③④②.
    答案:(1)小钢球 (2)①③④② (3)9.61(9.50~9.70)(4)仍能
    4.(实验器材的创新)(2020·山东卷)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度.某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小.实验步骤如下:
    回答以下问题:(1)当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示.由图像可得,物块过测量参考点时速度的大小为________m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为________m/s2.(结果保留两位有效数字,sin 37°=0.60,cs 37°=0.80)
    答案:(1)0.33 3.1 (2)9.4
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