2023年高中物理实验四研究匀变速直线运动解析.docx

实验四研究匀变速直线运动 第一关：根底关展望高考 根底知识 (一)实验目的 练习使用打点计时器,学会用打上点的纸带研究物体的运动规律. (二)实验原理 测定物体做匀变速直线运动最根本的是测出位移和时间的关系,运用匀变速直线运动的规那么,对纸带数据进行处理. 1,x2,…,xn是相邻两计数点间的距离,Δx是两个连续相等的时间内的位移之差,即Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2…,T是两个相邻计数点间的时间间隔且T=0.02ns(n为相邻两计数点间的点的数目〕，由运动学公式x1=v0T+aT2; x2=v1T+aT2; x3=v2T+aT2. 得Δx=x2-x1=aT2,T是恒量,当a为恒量时,Δx也为恒量,即做匀变速直线运动的物体Δx必为恒量,它是判断物体是否做匀变速直线运动的必要条件.假设物体做初速度为零的匀加速直线运动,其判断条件是: (1)Δx=x2-x1=x3-x2=…xn-xn-1=恒量; (2)Δx=2x1(x1为从开始运动到第一个计数点之间的距离). (三)实验器材 电磁打点计时器,纸带,复写纸片,低压交流电源,小车,细绳,一端附有滑轮的长木板,刻度尺,钩码,导线. (四)实验步骤 1.按以以下图把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路. 2.把细绳的一端固定在小车上,跨过滑轮后在另一端挂上适量的钩码,让纸带穿过打点计时器的限位孔后一端固定在小车上,用手拉住小车. 3.先接通电源,后放开小车,让小车运动,这样打点计时器就在纸带上打下一系列点,取下纸带,更换新纸带,至少重复3次. 4.选打点清晰的纸带进行研究,舍去开头比拟密集的点,确定好记数始点,每隔4个计时点取一个计数点,使时间间隔T=0.1s. 5.用毫米刻度尺量出各计数点之间的距离x1,x2,x3,…,xn,用逐差法计算加速度的值,最后求其平均值(计算出各计数点对应的瞬时速度,作出v-t图象,求得直线的斜率即为物体运动的加速度). (五)本卷须知 1.细绳尽可能与平板平行,以确保细绳对小车的拉力不变. 2.开始释放小车时,小车应尽量靠近打点计时器. 3.小车的加速度应适当大一些,以能在纸带长约50cm的范围内清楚地取7～8个计数点为宜. 4.要防止钩码落地撞坏与小车跟定滑轮相撞,应采取一些防范措施. 5.要区别计时器打出的点与人为选取的计数点(一般把计时器打出的5个点作为1个计数点).选取的计数点不少于6个. 6.不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出到计数起点0之间的距离).读数时估读到毫米的下一位. 第二关：技法关解读高考 解题技法 一、纸带问题的特点和一般处理方法 技法讲解 打点计时器在纸带上留下物体运动的点迹如以下图,这类问题具有的共同特点及特殊的处理方法如下: (1)这些点迹代表了运动物体在不同时刻的位置. (2)每隔相等时间留一个点迹,即任何相邻两点之间的运动时间都相等. (3)选取一些比拟清晰的点迹,依次标记0,1,2,3,…代表这些点. (4)相邻两点之间的距离依次记做x1,x2,x3… (5)加速度的根本算法,T为打点周期，即任何相邻两点之间的运动时间.Δx=xn+1-xn,n=1,2,3… 比拟精确的计算方法: (6)瞬时速度的计算方法： 典例剖析 例1 在“测定匀变速直线运动的加速度〞实验中，得到一条如以下图的纸带，按时间顺序取0，1,2…,5共6个计数点，1～5每相邻两点间各有四个打印点未画出.用刻度尺测出1，2…，5各点到0点的距离分别为,,，，，通过电磁打点计时器的交流电频率为50Hz，那么物体的加速度为______m/s2，在打出计数点3时物体速度的大小为m/s,打点4时物体速度的大小为m/s，打点5时物体速度的大小为m/s. 解析： 各点间的距离：s1=d2-d1= s2=d3-d2= s3=d4-d3= s4=d5-d4= 由逐差法得： 求得： =-/s2此物体做匀减速运动. 得：v5=/s. 答案：/s2/s0.357m/s0.210m/s 二、由纸带求物体运动加速度的方法 技法讲解 〔1〕逐差法: 由s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2, s6-s3=3a3T2, 推广： 〔2〕公式法 利用求得的各瞬时速度值，按加速度的定义求加速度，即 ③图象法 对匀变速运动来说，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即 …… 将各点速度标到v-t图象中，图线的斜率即为加速度的数值. 典例剖析 例2 利用打点计时器测定做匀加速直线运动的小车的加速度，如以下图给出了该次实验中从0点开始，每打5个点取一个计数点的纸带，其中0，1，2，3，4，5，6都为计数点.测得：s1=,s2=,s3=,s4=,s5=,s6= (1)在计时器打出点1，2，3，4，5时，小车的速度分别为：v1=cm/s,v2=cm/s,v3=cm/s,v4=cm/s,v5=cm/s. (2)作出v-t图象，并由图象求出小车的加速度a=cm/s2. 解析： (1)由公式 (2)将v1、v2、v3、v4、v5对应的数值在v-t坐标系下描点，将描得的点用直线连接起来的AB，如以下图. 由图知 (2)49.17 第三关：训练关笑对高考 随堂训练 1.某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了在不同拉力下的A、B、C、D……等几条较为理想的纸带，并在纸带上每5个点取一个计数点，即相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5……，如以下图甲、乙、丙三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的. (1)在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带A的是 (2)打A纸带时，物体的加速度大小是m/s2. 答案:(1)乙(2)3.11 2.关于“测定匀变速直线运动的加速度〞实验的操作，以下说法中错误的选项是〔〕 A.长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B.在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上 C.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 解析：在该实验中长木板一端高一些另一端低一些对实验的进行和实验结果并不会带来坏的影响，因为只要小车能够做加速度大小比拟适宜的匀加速直线运动就可以，所以A选项中的后半句是错误的，但长木板决不能侧向倾斜，这样会造成小车相对长木板有侧向速度，使纸带与限位孔摩擦增大，使纸带上点间距离和小车实际运动距离不等，实验误差大，甚至可能使小车从木板上掉下，使实验失败.提出B选项的要求，主要是为了充分利用纸带的长度，在纸带上得到更多的点，提出D选项的要求，主要是为了保护小车和长木板上的定滑轮. 答案：A 3.如以下图，是打点计时器打出的纸带，交流电的频率是50Hz图中A、B、C、D、E、F等是按时间顺序先后打出的计数点〔每两个计数点间有四个实验点未画出).用刻度尺量出AB、EF之间的距离分别是和，那么小车的加速度大小是，方向是. 解析：由纸带数据知,s1=,s5=, 计数点时间间隔T=5× 那么小车的加速度 所以，加速度大小为/s2，方向与运动方向相反. 答案：/s2与运动方向相反 4.用打点计时器研究物体的自由落体运动,得到如以下图一段纸带.测得AB=，BC=.交流电频率是50Hz,那么打B点时物体的瞬时速度为m/s.如果实验测出的重力加速度值比公认值偏小,可能的原因是. 解析：由匀变速直线运动规律，中点时刻速度等于一段时间平均速度，所以 不考虑自由落体物体所受空气阻力，那么 假设考虑实际自由落体物体所受空气阻力，那么 因此，没有考虑物体在下落过程中所受阻力，是使重力加速度测量值比公认值偏小的一个重要原因. 答案：2.10没有考虑物体在下落过程中所受阻力. 5. 如以下图，两位同学进行跑步比赛时，为了了解自己的加速情况，他们分别拿着底部穿孔，滴水比拟均匀的饮料瓶一起跑，然后通过地上的水印分析他们的速度变化情况.请你和同学们一起试一试，并说一说其中的道理. 答案：由于饮料瓶滴水比拟均匀，而且瓶底距地面距离保持不变，因此，两滴水落地的时间间隔不变，即地上水印间的时间间隔相等，再根据水印间的距离变化情况，可以分析他们的速度变化情况. 6.用速度传感器研究匀变速直线运动的实验中，测得小车经过各时刻的瞬时速度如下： 为了求出加速度，最合理的方法是() A.根据任意两个计数点的速度，用公式a=Δv/Δt算出加速度 B.根据实验数据画出v-t图象，量出其倾角θ，用公式a=tanθ算出加速度 C.根据实验数据画出v-t图象，由图线上较远两点所对应的速度及时间，用公式a=Δv/Δt算出加速度 D.依次算出通过连续两个计数点间的加速度，算出平均加速度 解析：方法A只选择两个计数点速度偶然误差较大.方法D实际上也仅由始末两个速度决定，偶然误差也比拟大，只有利用所有的实验数据画出对应的v-t图象，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差.由于在物理图象中两坐标轴的分度大小往往是不相等的，因此图象中直线的倾角不是可以准确得出加速度的依据，故方法B也是错误的.正确的方法是利用实验数据画出对应的v-t图，然后由图线上较远两点所对应的速度及时间，利用公式a=Δv/Δt算出加速度，即方法C正确. 答案：C 7. 做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50Hz，每5个点作为一个计数点，将纸带沿点所在位置剪开，左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，求： 〔2〕运动物体的加速度是m/s2. 8.在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为５０Ｈｚ，记录小车做匀变速运动的纸带如以下图，在纸带上选择标为０－５的６个计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出.纸带旁并排放着带有最小刻度为毫米的刻度尺，零点跟“０”计数点对齐，由图可以读出１、３、５三个计数点跟“０”点的距离ｄ１、ｄ３、ｄ５填入表格中. 计算小车通过计数点“２〞的瞬时速度为_________ｍ／ｓ，通过记数点“４〞的瞬时速度为___________ｍ／ｓ；小车的加速度是________________m/s2. 解析：①以计数点0〔刻度尺零刻度〕为一维坐标原点，连出向右方向的一维坐标系，从图中可读得计数点1、3、5的坐标值x1=,x3=,x5= 那么d1=x1-x0=,d3=x3-x0=, d5=x5-x0= ②每相邻两计数点间时间间隔T=5× ③定义1、3计数点间距为s1=x3-x1=, 定义3、5计数点间距为s2=x5-x3= 1、3〔或3、5〕之间T′ 由s2-s1=aT′2 有 9. 为探究物体做直线运动过程中s随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到下表的实验数据： →B的过程中s随t变化的定量关系式： . 解析： 此题容易错误地作出s-t图象，但作出的图象将是一曲线，这样就难以得出物体运动的位移与时间的关系.此题也表达出在实验中处理数据的一种能力，这也是中学阶段用图象处理实验数据的一种根本方法. 答案： 作出s-t2图象如以以下图所示. 关系式：