2019年高考物理一輪復習 實驗1 研究勻變速直線運動課件 新人教版.ppt

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實驗1研究勻變速直線運動 實驗溯本求源 實驗熱點探究 教師備用習題 課時鞏固訓練 一 實驗目的1 練習使用電磁打點計時器 或電火花計時器 會用打點的紙帶研究物體的運動情況 2 測量勻變速直線運動的瞬時速度和加速度 二 實驗原理1 電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電源的計時儀器 電磁打點計時器的工作電壓在V以下 電火花計時器的工作電壓是220V 當電源頻率是50Hz時 它每隔s打一次點 在小車運動過程中 使用電火花計時器時紙帶受到的摩擦力比使用電磁打點計時器時小一些 1 6 0 02 2 利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法 設紙帶上連續(xù)相等時間T內的位移分別為x1 x2 x3 x4 xn 1 xn xn 1 紙帶上相鄰兩點間的位移差為 x 1 若 x xn 1 xn為零 則說明物體做運動 2 若 x xn 1 xn為非零常數 則說明物體做運動 3 利用紙帶求瞬時速度的方法 如圖S1 1所示 B點的瞬時速度等于AC段的平均速度 即vB 圖S1 1 勻速直線 勻變速直線 4 利用紙帶求加速度的方法 1 用任意兩段相鄰計數點間的位移差求加速度 a 2 用v t圖像的斜率求加速度 a 三 實驗器材電火花計時器 或電磁打點計時器 交流電源 導線 一端附有定滑輪的長木板 小車 細繩 鉤碼 或重錘 刻度尺 墨粉紙 電磁打點計時器配備的是復寫紙片 紙帶 四 實驗步驟1 安裝實驗裝置 如圖S1 2所示 2 先接通電源 然后釋放小車 重復打紙帶3條 3 挑選紙帶 確定計數點 測相鄰計數點之間的距離 4 用 x aT2確定物體的運動是勻速直線運動還是勻變速直線運動 5 用瞬時速度與平均速度的關系求瞬時速度 用公式 x aT2或v t圖像求加速度 圖S1 2 熱點一實驗原理與實驗操作 例1 2016 天津卷 某同學利用如圖S1 3所示裝置研究小車的勻變速直線運動 1 實驗中 必要的措施是 A 細線必須與長木板平行B 先接通電源再釋放小車C 小車的質量遠大于鉤碼的質量D 平衡小車與長木板間的摩擦力 圖S1 3 2 他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上 得到一條紙帶 打出的部分計數點如圖S1 4所示 每相鄰兩個計數點間還有4個點 圖中未畫出 s1 3 59cm s2 4 41cm s3 5 19cm s4 5 97cm s5 6 78cm s6 7 64cm 則小車的加速度a m s2 要求充分利用測量的數據 打點計時器在打B點時小車的速度vB m s 結果均保留兩位有效數字 圖S1 4 變式在做 研究勻變速直線運動 的實驗時 為了能夠較準確地測出加速度 下列說法正確的是 A 把附有滑輪的長木板放在實驗桌上 并使滑輪伸出桌面B 把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端 連接好電路C 再把一條細繩拴在小車上 細繩跨過滑輪 下邊掛上合適的鉤碼 每次必須由靜止釋放小車D 把紙帶穿過打點計時器限位孔 并把它的一端固定在小車的后面E 把小車停在靠近打點計時器處 接通直流電源后 放開小車 讓小車拖著紙帶運動 打點計時器就在紙帶上打下一系列的點 換上新紙帶 重復三次 特別提醒1 紙帶和細繩要和木板平行 小車運動要平穩(wěn) 2 實驗時應先接通電源 后讓小車運動 實驗后先斷開電源 后取紙帶 3 要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞 4 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50cm的紙帶上清楚地取出6 7個計數點為宜 5 選擇一條理想的紙帶 是指紙帶上的點跡清晰 舍棄打點密集的部分 適當選取計數點 注意計數點與計時點的區(qū)別 弄清楚所選的時間間隔T等于多少 熱點二數據處理與誤差分析 1 關于數據處理 1 紙帶的取點處理原則如圖S1 5所示 從打下的紙帶中選取點跡清晰的紙帶 舍掉開始比較密集的點跡 從便于測量的位置取一個開始點A 然后每5個點 或每隔4個點 取一個計數點 分別記為B C D E F 這樣每兩個計數點之間的時間間隔為T s 計算比較方便 圖S1 5 0 1 0 1 斜率 圖S1 6 2 位移的測量引起誤差如果各計數點間的位移較小或相鄰計數點之間的位移之差較小 位移測量的相對誤差就會較大 從而導致速度和加速度的測量誤差較大 實驗基礎鏈接1 誤差 一 誤差測量值與的差異 誤差存在于一切測量之中 而且貫穿測量過程的始終 實驗中 誤差是不可避免的 但可以 二 誤差的分類1 按誤差的性質和來源劃分 可分為系統(tǒng)誤差和誤差 真實值 減小 偶然 1 系統(tǒng)誤差 在一定條件下 指使用的儀器 方法 測量時的環(huán)境和測量者均一定 對同一物理量進行多次重復測量 各次測量的結果總是或總是 系統(tǒng)誤差的主要來源 儀器誤差 由于儀器本身的缺陷 如彈簧測力計的零點不準 游標卡尺的零點不準 天平砝碼的標稱質量不準等等 理論誤差 實驗所依據的理論或實驗方法本身不完善 如用伏安法測電阻 環(huán)境誤差 實驗時沒有考慮外界環(huán)境的影響造成的誤差 偏大 偏小 人身誤差 測量者自身原因的影響 如使用秒表時 按表常常提前或滯后 減小系統(tǒng)誤差的方法有 控制實驗條件 提高實驗技能等 2 偶然誤差 各種不可避免的偶然因素對實驗者或實驗儀器產生的影響 使測量結果相對真實值的偏差有時 有時 在一定數值范圍內無規(guī)則地漲落 但在大數量測量中 偏大 偏小的機會 提高實驗儀器的測量精度 完善實驗原理 改進實驗方法 偏大 偏小 相等 偶然誤差有別于系統(tǒng)誤差的兩個基本特點是 第一 偶然誤差在多次測量中有時偏大 有時偏小 且偏大或偏小的程度 第二 偶然誤差是在實驗過程中遇到無法預測 無法控制的偶然因素的影響造成的 如電壓的不穩(wěn)定引起輸出電流的波動 外部環(huán)境的氣流 室溫 振動等使實驗受到干擾 讀數時人眼在估讀時具有的偶然性 減小偶然誤差的方法有 作圖法 不同 多次測量取平均值 2 按分析的數據來劃分 可分為絕對誤差和相對誤差 1 絕對誤差是指測量值與真實值的差異 即 絕對誤差 測量值 真實值 它反映測量值偏離真實值的大小 2 相對誤差 百分誤差 是指真實值與測量值之差的絕對值與真實值之比 即 相對誤差 相對誤差反映了實驗結果的精確程度 對于兩個測量值的評估 必須比較其誤差 絕對誤差的大小并不決定相對誤差的大小 相對 實驗基礎鏈接2 有效數字知道有效數字的概念 會用有效數字表達直接測量的結果 間接測量的有效數字運算不作要求 1 帶有一位數字的近似數字叫作有效數字 有效數字的最后一位是測量者估讀出來的 因此這一位有效數值是不可靠的 也是誤差所在位 只能帶有一位不可靠數字 不是位數越多越好 2 有效數字位數的判定方法 1 從左往右數 從第一個不為零的數字起 數到右邊最末一位估讀數字止 不可靠 2 有效數字的位數與小數點的位置無關 可以采用科學記數法來表示 如0 0735 7 35 10 2 有位有效數字 3 以從左往右第一個不為零數字為標準 其左邊的 0 不是有效數字 其右邊的 0 是有效數字 4 作為有效數字的 0 不可省略不寫 不論此 0 在數字之間或是數字末尾 如不能將1 350m寫成1 35m 因為它們的誤差不相同 三 5 乘方不算有效數值 如 5400m和5 4 103m 所表示的有效位數是不同的 前者為位有效數值 后者為位有效數值 其意義也不同 前者末位的 0 是估讀的 后者 4 是估讀的 前者所用的測量工具的最小刻度值為 后者所用的測量工具的最小刻度值是 3 有效數字運算不作要求 運算結果一般可用2 3位有效數字表示 四 兩 10m 1000m 例2圖S1 7是某同學做 研究勻變速直線運動 實驗時獲得的一條紙帶 1 打點計時器電源頻率為50Hz A B C D E F G是紙帶上7個連續(xù)的點 F點由于不清晰而未畫出 試根據紙帶上的數據 推測F點在刻度尺上的位置 其讀數應記為cm 算出F點對應的速度大小為vF 計算結果保留兩位有效數字 m s 圖S1 7 2 請根據紙帶上的數據 作出的v t圖像 3 根據圖像 可得t 0時的速度vA m s 加速度a m s2 計算結果保留兩位有效數字 圖S1 8 變式 2016 海南卷 某同學利用圖S1 9 a 所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化 物塊放在桌面上 細繩的一端與物塊相連 另一端跨過滑輪掛上鉤碼 打點計時器固定在桌面左端 所用交流電源頻率為50Hz 紙帶穿過打點計時器連接在物塊上 啟動打點計時器 釋放物塊 物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動 打點計時器打出的紙帶如圖 b 所示 圖中相鄰兩點間有4個點未畫出 圖S1 9 根據實驗數據分析 該同學認為物塊的運動為勻加速運動 回答下列問題 1 在打點計時器打出B點時 物塊的速度大小為m s 在打出D點時 物塊的速度大小為m s 保留兩位有效數字 2 物塊的加速度大小為m s2 保留兩位有效數字 特別提醒1 對于實驗數據的記錄要遵守有效數字讀數規(guī)則 結果要符合題目要求 2 計算方法的選用 求加速度的三種方法中 用 x aT2直接求加速度的方法簡單 但誤差較大 適用于測量數據準確或計數間隔較少的情況 逐差法求加速度結果較準確 誤差較小 但需選取的計數間隔為偶數 圖像法求加速度科學性強 誤差小 適用于所測數據的計數間隔較多的情況 3 牽引小車的鉤碼數要適當 小車的加速度過大或過小將導致紙帶上的點過少或各段位移差過小 從而產生較大的測量誤差 加速度的大小以能在約50cm的紙帶上清晰地選取6 7個計數點為宜 熱點三關于速度的測量的其他方法 高中階段 關于物體速度的測量無非是位移和時間的測量 位移的測量主要是用毫米刻度尺 而對于時間的測量 則有多種方法 從歷年高考試題分析 涉及時間的測量主要有打點計時器 光電門 如下面例3 頻閃照相 如下面例3變式題 幾種形式 而2017年全國卷 第22題用自制 滴水計時器 計量時間與打點計時器原理近似 例3 2017 全國卷 某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度 瞬時速度和加速度之間的關系 使用的器材有 斜面 滑塊 長度不同的矩形擋光片 光電計時器 實驗步驟如下 如圖S1 10 a 將光電門固定在斜面下端附近 將一擋光片安裝在滑塊上 記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑 圖S1 10 變式在暗室中用如圖S1 12所示裝置做 測定重力加速度 的實驗 實驗器材有 支架 漏斗 橡皮管 尖嘴玻璃管 螺絲夾子 接水鋁盒 一根帶有熒光刻度的米尺 頻閃儀 具體實驗步驟如下 在漏斗內盛滿清水 旋松螺絲夾子 水滴會以一定的頻率一滴滴地落下 用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮 由大到小逐漸調節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴 用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度 圖S1 12 采集數據進行處理 1 實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時 頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是 2 實驗中觀察到水滴 固定不動 時的閃光頻率為30Hz 某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖S1 13所示 根據數據測得當地重力加速度g m s2 第8個水滴此時的速度v8 m s 結果均保留三位有效數字 3 該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有 答出一條即可 圖S1 13 注意事項 1 應先接通電源 待打點穩(wěn)定后 再釋放小車使其牽引紙帶運動 當小車停止運動時要及時斷開電源 2 釋放小車前 小車應停在木板上靠近打點計時器的位置 1 2017 山西重點中學協(xié)作體期末 某同學用打點計時器研究小車的勻變速直線運動 他將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上 實驗時得到的一條紙帶如圖所示 他在紙帶上便于測量的地方選取第一個計數點 在這點下標明A 第六個點下標明B 第十一個點下標明C 第十六個點下標明D 第二十一個點下標明E 測量時發(fā)現(xiàn)B點已模糊不清 他只測得AC長為14 56cm CD長為11 15cm DE長為13 73cm 1 為了探究勻變速直線運動的規(guī)律 該同學所取的計數點個數 填字母序號 A 偏少B 偏多C 合適 2 若小車做勻變速直線運動 由該同學所測的實驗數據 請你幫他求出 打C點時小車的瞬時速度vC m s 小車的加速度a m s2 A B的距離應為cm 3 打A點時小車的瞬時速度vA 計算結果保留三位有效數字 m s 2 小華同學在做 研究勻變速直線運動 實驗中 將打點計時器固定在某處 在繩子拉力的作用下小車拖著穿過打點計時器的紙帶在水平木板上運動 如圖 所示 由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶的一段 如圖 所示 在打點計時器打出的紙帶上確定出八個計數點 相鄰兩個計數點之間的時間間隔均為0 1s 并用刻度尺測出了各計數點到計數點0的距離 圖中所標數據的單位是cm 1 根據紙帶提供的信息 小華同學已經計算出了打下1 2 3 4 5這五個計數點時小車的速度 請你幫助他計算出打下計數點6時小車的速度 結果保留3位有效數字 并填入下表 2 以速度v為縱軸 時間t為橫軸在坐標紙上建立直角坐標系 根據上表中的v t數據 在坐標系中描點 并作出小車運動的v t圖像 3 根據v t圖像可知 小車運動的加速度為 保留2位有效數字 m s2 將圖線延長與縱軸相交 交點的速度是 保留3位有效數字 m s 此速度的物理意義是 3 在豎直放置的立柱上端有一個電磁鐵 通電時 小球被吸在電磁鐵上 斷電時 小球自由下落 計時裝置開始計時 立柱上有可以移動的光電門 如圖所示 當小球經過光電門時 光電計時裝置能測出小球從初始位置到這個光電門所用的時間t 再用刻度尺測出電磁鐵到光電門的距離x 為了探究自由落體的位移x與下落時間t的關系 1 2017 柳州鐵一中學期末 某同學利用圖S1 14甲所示的實驗裝置 探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律 物塊在重物的牽引下開始運動 重物落地后 物塊再運動一段距離停在桌面上 尚未到達滑輪處 從紙帶上便于測量的點開始 每5個點取1個計數點 相鄰計數點間的距離如圖乙所示 打點計時器電源的頻率為50Hz 圖S1 14 1 通過分析紙帶數據 可判斷物塊在相鄰計數點和之間某時刻開始減速 2 計數點5對應的速度大小為m s 計數點6對應的速度大小為m s 保留三位有效數字 3 物塊減速運動過程中加速度的大小為a 保留三位有效數字 m s2 2 2017 杭州五校聯(lián)考 1 在做 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 實驗中 給你以下器材 電火花計時器 照明用交流電源 50Hz 低壓學生電源 紙帶 墨粉紙盤 小車 鉤碼 細繩 一端附有定滑輪的長木板 其中不需要的器材是 還需要增添的器材有 2 某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶 并在其上取了A B C D E F共6個計數點 每相鄰兩個計數點間還有4個打點計時器打下的點 本圖中沒有畫出 他把一把毫米刻度尺放在紙帶上 其零刻度線和計數點A對齊 下述第 小題結果均保留兩位有效數字 由如圖S1 15所示數據計算打點計時器在打C點時 小車的瞬時速度vC m s 計算小車的加速度a m s 紙帶上的A點所對應的小車的瞬時速度vA m s 如果當時電網中交變電流的頻率f 49Hz 而做實驗的同學并不知道 那么由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏 填 大 或 小 圖S1 15 3 2017 華中師大附中押題 用光電門和數字計時器測量自由落體的重力加速度 1 裝置如圖S1 16所示 過程如下 按圖將光電門A B和電磁鐵安裝在支架上 調整它們的位置使三者在同一豎直線上 當電磁鐵斷電釋放小球后 小球能順利通過兩個光電門 圖S1 16 將數字計時器與光電門連接 再接通電磁鐵電源吸住小球 開始實驗 切斷電磁鐵電源 小球落下 當小球經過光電門A 光路被切斷瞬間 開始計時 當小球經過光電門B 光路被切斷瞬間 停止計時 記錄數字計時器顯示的時間 t 用直尺測出從小球開始下落的位置到兩個光電門中心的距離h1 h2 由此計算重力加速度的表達式為g 用含有 t h1 h2的表達式表示 2 請寫出一條能夠減小本實驗誤差的方法 4 2017 湖北松滋一中月考 某興趣小組的同學們利用如圖S1 17所示的裝置研究勻變速直線運動的規(guī)律 他們將質量為m1的物體1與質量為m2的物體2 m1 m2 通過輕繩懸掛在定滑輪上 打點計時器固定在豎直方向上 物體1通過鐵夾與紙帶相連接 開始時物體1與物體2均處于靜止狀態(tài) 之后將它們同時由靜止釋放 如圖S1 18所示為實驗中打點計時器打出的一條點跡清晰的紙帶 O是打點計時器打下的第一個點 A B C D 是按打點先后順序依次選取的計數點 在相鄰兩個計數點之間還有四個 圖S1 17 點沒有畫出 打點計時器使用的交流電頻率為50Hz 1 相鄰兩計數點之間的時間間隔為 2 實驗時要在接通打點計時器電源之 選填 前 或 后 釋放物體 3 將各計數點至O點的距離依次記為s1 s2 s3 s4 測得s2 1 60cm s4 6 40cm 則打點計時器打下C點時物體的速度大小是m s 圖S1 18 4 同學們根據測出的物體1上升高度s與相應的時間t 描繪出如圖S1 19所示的s t2圖線 由此可以求出物體的加速度大小為m s2 圖S1 19 5 2017 全國卷 某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動 用自制 滴水計時器 計量時間 實驗前 將該計時器固定在小車旁 如圖S1 20 a 所示 實驗時 保持桌面水平 用手輕推一下小車 在小車運動過程中 滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴 圖 b 記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置 已知滴水計時器每30s內共滴下46個小水滴 圖S1 20 1 由圖 b 可知 小車在桌面上是 選填 從右向左 或 從左向右 運動的 2 該小組同學根據圖 b 的數據判斷出小車做勻變速運動 小車運動到圖 b 中A點位置時的速度大小為m s 加速度大小為m s2 結果均保留2位有效數字 6 2017 成都三模 某同學在測定小車加速度的實驗中 得到圖S1 21甲所示的一條紙帶 他在紙帶上共取了A B C D E F G七個計數點 相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出 已知打點計時器的打點周期為0 02s 該同學從每個計數點處將紙帶剪開分成六條 分別標記為a b c d e f 再將這六條紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在坐標系中 得到圖乙所示的圖形 最后將各紙帶上端中心連起來 于是得到表示v t關系的圖像 圖中x軸對應的物理量是時間t y軸對應的物理量是速度v 圖S1 21 1 這種實驗數據處理的方法可稱為 填選項字母代號 A 控制變量法B 等效替代法C 比值法 2 圖中t3 s 若測得紙帶c的長度為4 0cm 則v3 m s 結果均保留兩位有效數字 3 若測得紙帶a的長度為2 0cm 紙帶f的長度為7 0cm 則可求出加速度的大小為 保留兩位有效數字 m s2