人教版物理2012步步高大一輪復習講義課件練習必修1第章運動描述勻變速直線運動研究-第一章實驗一

(2)工作條件二、實驗原理1．打點計時器(1)作用：計時儀器，每隔0．02

s打一次點．電磁打點計時器：4

V～6

V交流電源電火花計時器：220

V交流電源(3)紙帶上點的意義：①表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置．②通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動情況．③可以利用紙帶上打出的點來確定計數點間的時間間隔．2．利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法(1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內不同時刻的速度分別為v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說明物體在相等時間內速度的增量相等，由此說明物體在做勻變速直線運動，即aΔv

Δv1＝Δt

＝

Δt

＝

ΔtΔv2＝…．(2)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝aT2．3．速度、加速度的求解方法1(1)“逐差法”求加速度，即a

＝x

－x143T22，a

＝x5－x23T23，a

＝x6－x3

，然后取平均值，即a

＝

a1＋a2＋a3

，這樣可使所給3T2

3數據全部得到利用，以提高準確性．(2)“平均速度法”求速度即vn＝(xn＋xn＋1)2T，如圖1所示．圖1(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出v－t圖，直線的斜率即加速度．三、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)，一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片．四、實驗步驟1．儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，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．(2)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，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面．實驗裝置見圖2所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．圖2測量與記錄把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車 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．從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即T＝0.1

s,如圖3所示,正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數點間的距離，并填入設計的表格中圖3利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數點的瞬時速度．增減所掛鉤碼數，再做兩次實驗．3．數據處理及實驗結論(7)由實驗數據得出v－t圖象①根據表格中的v、t數據，在平面直角坐標系中仔細描點，如圖4所示可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點都大致落在一條直線上．②做一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應均勻分布在直線的兩側，這條直線就是本次實驗的v－t圖象，它是一條傾斜的直線．圖4(8)由實驗得出的v－t圖象進一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律有兩條途徑進行分析①分析圖象的特點得出，小車運動的v－t圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當時間增加相同的值Δt時，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結論：小車的速度隨時間均勻變化．②通過函數關系進一步得出，既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數關系式為v＝kt＋b，顯然v與t成“線性關系”，小車的速度隨時間均勻變化．圖5五、注意事項交流電源的電壓及頻率要符合要求．實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時要調節(jié)振針的高度和更換復寫紙．開始

小車時，應使小車靠近打點計時器．先接通電源，打點計時器工作后，再放開小車，當小車停止運動時及時斷開電源．要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數點，一般在紙帶上每隔四個點取一個計數點，即時間間隔為T＝0．02×

5

s＝0．1

s．小車另一端掛的鉤碼個數要適當，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上的點過于密集．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰．適當舍棄開頭密集部分，適當選取計數點，弄清楚所選的時間間隔T．測x時不要分段測量，讀數時要注意有效數字的要求，計算a時要注意用逐差法，以減小誤差．典例精析例1(2010·重慶理綜)某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加速度，電源頻率

f＝50

Hz．在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔

4

個點取

1

個計數點．因保存不當，紙帶被污染．如圖

6

所示，A、B、C、D

是依次排列的

4

個計數點,僅能讀出其中

3

個計數點到零點的距離：xA＝16.6

mm、xB＝126.5

mm、xD＝624.5

mm．圖6若無法再做實驗，可由以上信息推知：相鄰兩計數點的時間間隔為

s；打C點時物體的速度大小為

m/s(取2位有效數字)；物體的加速度大小為

(用xA、xB、xD和f表示)．解析

(1)因相鄰的兩計數點間還有

4

個計時點，故

t＝5T＝0．1

s．(2)由勻變速直線運動的特點可知：xBDvC＝

2t

＝(624.5－126.5)2×0.1－3×10 m/s＝2.5

m/s．(3)設xB－xA＝x1，xC－xB＝x2，xD－xC＝x3，則x3－x1＝2at2，x2－1

3

2

1

D

B

A5

75ax

＝at2，即

x

＋x

－2x

＝3at2，t＝5T＝f

，故

x

－3x

＋2x

＝f

2所以

a＝(xD－3xB＋2xA)f

2．75答案

(1)0.1

(2)2.5

(3)(xD－3xB＋2xA)f

275例2(2010·

Ⅱ)利用圖7中所示的裝置可以研究

落體運動．實驗中需要調整好儀器，接通打點計時器的電源，松開紙帶，使重物下落，打點計時器會在紙帶上打出一系列的小點．圖7(1)為了測得重物下落的加速度，還需要的實驗器材有

．(填入正確選項前的字母)A．天平B．秒表C．米尺(2)若實驗中所得到的重物下落的加速度值小于當地的重力加速度值，而實驗操作與數據處理均無錯誤，寫出一個你認為可能引起此誤差的原因：

．答案

(1)C

(2)打點計時器與紙帶間存在摩擦解析

(1)處理紙帶求加速度，一定要知道長度，則要有米尺；打點計時器就是測量時間的工具，則不需要秒表；重力加速度的值和物體的質量無關，則不需要天平．(2)加速度小了，說明物體受到了阻力作用，據此說一條理由就行．例3(2009

理綜)如圖8所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從開始下落，利用此裝置可以測量重力加速度．圖8(1)所需器材有打點計時器(帶導線)、紙帶、復寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶

的重物，此外還需

(填字母代號)中的器材．A．直流電源、天平及砝碼B．直流電源、毫米刻度尺C．交流電源、天平及砝碼D．交流電源、毫米刻度尺(2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數據，提高實驗的準確程度．為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象外，還可作

圖象，其縱軸表示的是

，橫軸表示的是

．2v2解析(1)打點計時器需接交流電源．重力加速度與物體的質量無關，所以不要天平和砝碼．計算速度需要測相鄰計數點間的距離，需要毫米刻度尺，選D．(2)由公式v

＝2gh知，如繪出2

－h(huán)圖象，其斜率也等于重力加速度．答案

(1)D (2)

2高度創(chuàng)新實驗例4 (2009 Ⅰ)某同學為了探究物體在斜面上運動時摩擦力與斜面傾角的關系，設計實驗裝置如圖9．長直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物塊上．在平板上標出A、B兩點，B點處放置一光電門，用光電計時器記錄滑塊通過光電門時擋光的時間．圖9實驗步驟如下：①用游標卡尺測量滑塊的擋光長度d,用天平測量滑塊的質量m；②用直尺測量AB之間的距離s，A點到水平桌面的垂直距離h1，B點到水平桌面的垂直距離h2；③將滑塊從A點

，由光電計時器讀出滑塊的擋光時間t；④重復步驟③數次，并求擋光時間的平均值

t

；⑤利用所測數據求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cos

α；⑥多次改變斜面的傾角，重復實驗步驟②③④⑤，作出Ff－cos

α關系曲線．(1)用測量的物理量完成下列各式(重力加速度為g)；①斜面傾角的余弦cos

α＝

；圖10②滑塊通過光電門時的速度v＝

；③滑塊運動時的加速度a＝

；④滑塊運動時所受到的摩擦阻力Ff＝

．(2)測量滑塊擋光長度的游標卡尺讀數如圖10所示，讀得d＝

．解析

(1)物塊在斜面上做初速度為零的勻加速直線運動，受重力、支持力、滑動摩擦力，①根據三角形關系可得到cos

α＝s2－(h1－h(huán)2)2s②通過光電門的速度等于光電門寬度與所用時間的比值，即v＝dtv2③根據運動學公式有s＝2a，即a＝d22s

t2④根據

第二定律

mgsin

θ－Ff＝ma，則有Ff＝mgh1－h(huán)2s－md22s

t2(2)在游標卡尺中，主尺上是

3.6

cm，在游標尺上恰好是第

2條刻度線與主尺對齊，再考慮到卡尺是10

分度，所以讀數為

3.6

cm＋0.1×2

mm＝3.62

cm．答案

(1)①1ss2－(h1－h(huán)2)2

②dt③d22s

t2④mgh1－h(huán)2s－md22s

t2(2)3.62

cm答題技巧

實驗原理遷移創(chuàng)新高考實驗題一般源于

而不拘泥于，即所謂情境新而知識舊．因此做實驗題應注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用中實驗的原理、方法和技巧處理新問題．針對本題，紙帶的處理、游標卡尺的讀數、勻變速運動規(guī)律以及第二定律，都是教材中的重點知識，只要熟練掌握，就不難解答本題．隨堂鞏固訓練(2010·動實驗中獲得的一條紙帶．已知打點計時器電源頻率為

50

Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為

．ABCD

是紙帶上四個計數點，每兩個相鄰計數點間有四個點沒有畫出，從圖

11

中讀出

A、B

兩點間距

x＝

；C

點對應的速度是

(計算結果保留三位有效數字)．圖11解析

毫米刻度尺的精確度為

0.1

mm,故

AB

間的距離為1.70

cm－1.00

cm＝0.70

cm，vC＝x

2TBD＝2.00×10－22×0.1m/s＝0.100

m/s．答案

(1)0.02

s

(2)0.70

cm(0.68

cm～0.72 cm

即可給分)0.100

m/s2．如圖

12

所示是做勻加速直線運動的小車帶動打點計時器在紙帶上打出的點的一部分．圖中每相鄰兩點之間還有四個點沒有畫出，交流電的頻率為50

Hz，測得第二個、第三個計數點與起點相距

d2＝6.0

cm，d3＝10.0

cm，則圖12第一個、第四個計數點與起點相距

d1＝

；d4＝

；物體經過第一個、第二個計數點的即時速度

v1＝

；v2＝

和物體的加速度

a＝

．解析

(1)設相鄰兩計數點相距依次為x1，x2、x3、x4，則x1＝d1，x2＝d2－d1＝6．0

cm－d1，x3＝d3－d2＝(10．0－6．0)

cm＝4．0

cm，x4＝d4－d3＝d4－10．0

cm．在勻加速運動中，從任意一個時刻起在連續(xù)相等的時間內通過的位移之差相等．Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝(6．0－d1)－d1＝4．0－(6．0－d1)＝(d4－10．0)－4．0＝…，1得d

＝

cm＝24．67

cm，d

＝8

443

3cm＝14．67

cm．(2)因x

＝d1＝31

28

cm，x

＝6－d3101＝

3

cm，x

＝4．0 cm，而T＝5×0．02

s＝0．1

s，所以v1＝x1＋x22T＝8

103＋

32×0.110cm/s＝30

cm/sv2＝x2＋x32T＝3

＋42×0.1110cm/s＝

3

cm/s＝36．67

cm/sa＝v2－v1＝T

0.11103

－30200cm/s

＝

3

cm/s

＝66．67

cm/s2

2

2答案

(1)2.67

cm 14.67cm (2)30

cm/s 36.67

cm/s66.67

cm/s23．物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數．實驗裝置如圖13所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點計時器的紙帶相連,另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接.打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz.開始實驗時，在托盤中放入適當的砝碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出一系列小點．圖13(1)圖14給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個打點(圖中未標出)，計數點間的距離如圖14所示．根據圖中數據計算的加速度a＝

(保留三位有效數字)．圖14(2)回答下列兩個問題：①為測量動摩擦因數，下列物理量中還應測量的有

．(填入所選物理量前的字母)A．木板的長度LB．木板的質量m1C．滑塊的質量m2D．托盤和砝碼的總質量m3E．滑塊運動的時