高考物理 實(shí)驗(yàn)3研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)課件 新人教版

●自主學(xué)習(xí)一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器1．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電壓為

的電源，當(dāng)電源涉率是50Hz時(shí)，它每隔

打一個(gè)點(diǎn)．2．電火花計(jì)時(shí)器是利用

在紙帶上打出小孔而顯示出點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器，使用

交流電壓，當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，它也是每隔

打一個(gè)點(diǎn)．4V～6V0.02s火花放電220V0.02s二、紙帶的數(shù)據(jù)記錄1．取點(diǎn)的原則：從打下的紙帶中選取

的紙帶，舍掉開(kāi)始比較密集的點(diǎn)跡，以便于測(cè)量位置取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A，然后每5個(gè)點(diǎn)(或者說(shuō)每隔4個(gè)點(diǎn))如圖所示，取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)B、C、D….這樣每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)＝

，計(jì)算比較方便．點(diǎn)跡清晰0.1s2．從紙帶讀取長(zhǎng)度的方法：利用毫米刻度尺．測(cè)出各點(diǎn)到A點(diǎn)的距離，算出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離s1、s2、s3、s4、s5、s6….由于毫米刻度尺的最小刻度是mm，讀數(shù)時(shí)必須估讀到mm的

．下一位三、實(shí)驗(yàn)原理1．利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法設(shè)s1、s2、s3……為紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，若Δs＝s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝……＝常數(shù)，即連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．2．由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法(1)逐差法：根據(jù)s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2，求a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值即為我們所求的勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度．設(shè)T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，則“逐差法”求加速度的目的是盡可能多地使用我們測(cè)量的數(shù)據(jù)s1、s2、s3……，以減小偶然誤差．(2)用v－t圖象求加速度：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度即vn＝求出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，再作出v－t圖象，圖線的斜率即為做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度．

四、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫(xiě)紙．五、實(shí)驗(yàn)步驟1．把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路，如圖所示．2．把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，細(xì)繩跨過(guò)滑輪，并在繩的另一端掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(紙帶要放在復(fù)寫(xiě)紙下面)，并把紙帶的一端固定在小車(chē)的后面．3．把小車(chē)停在靠近

處，接通

后，放開(kāi)

，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)．取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次．

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源小車(chē)4．從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開(kāi)頭一些較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)開(kāi)始點(diǎn)，為了測(cè)量方便和減少誤差，通常不用每打一次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間的單位，而用每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間的單位，就是T＝0.02s×5＝

，在選好的開(kāi)始點(diǎn)下標(biāo)明A，依次標(biāo)為B、C、D、E……(這些點(diǎn)叫做計(jì)數(shù)點(diǎn))．5．一般要測(cè)出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6.6．根據(jù)測(cè)量結(jié)果，利用“實(shí)驗(yàn)原理”中給出的公式算出加速度a1、a2、a3的值，(注意T＝0.1s)求出a1、a2、a3的平均值，就是小車(chē)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．0.1s●深化拓展一、注意事項(xiàng)1．要在鉤碼落地處放置軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼．2．要在小車(chē)到達(dá)滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止車(chē)掉在地上或撞壞滑輪．3．開(kāi)始釋放小車(chē)時(shí)，應(yīng)使小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．4．應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再釋放小車(chē)．5．小車(chē)另一端所掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者加速度太小，使各段位移無(wú)多大區(qū)別．6．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰．適當(dāng)舍棄點(diǎn)子密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(計(jì)數(shù)點(diǎn)和計(jì)時(shí)點(diǎn)有區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少秒．二、誤差分析本實(shí)驗(yàn)中誤差來(lái)源于s和T.由于電源頻率很穩(wěn)定，所以打點(diǎn)時(shí)間T的誤差可忽略不計(jì)．在用毫米刻度尺測(cè)量s時(shí)，要求眼睛正對(duì)刻度尺．【特別提醒】除了每?jī)捎?jì)數(shù)點(diǎn)間逐段測(cè)量長(zhǎng)度s1、s2、s3…外，還可讓刻度尺的零刻度對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)0，分別測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3…到0點(diǎn)的距離d1、d2、d3…，此時(shí)用來(lái)求各點(diǎn)的瞬時(shí)速度．

●規(guī)律方法逐差法和圖象法是測(cè)定加速度的常用的兩種方法，它們都比較準(zhǔn)確地計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)的加速度．運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中的兩個(gè)推論Δs＝aT2和在有關(guān)紙帶的數(shù)據(jù)處理時(shí)經(jīng)常用到．在用圖象法計(jì)算加速度時(shí)，據(jù)所給的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出直線，注意所畫(huà)的直線不一定過(guò)所有點(diǎn)，原則是應(yīng)盡量使各點(diǎn)較均勻地分布在直線的兩側(cè)．

【例1】如圖所示，小車(chē)放在斜面上，車(chē)前端拴有不可伸長(zhǎng)的細(xì)線，跨過(guò)固定在斜面邊緣的小滑輪與重物相連，小車(chē)后面與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連．起初小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，重物到地面的距離小于小車(chē)到滑輪的距離．啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放重物，小車(chē)在重物的牽引下，由靜止開(kāi)始沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，重物落地后，小車(chē)會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)一段距離．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz.圖(b)中a、b、c是小車(chē)運(yùn)動(dòng)紙帶上的三段，紙帶運(yùn)動(dòng)方向如箭頭所示．(1)根據(jù)所提供紙帶上的數(shù)據(jù)，計(jì)算打c段紙帶時(shí)小車(chē)的加速度大小為_(kāi)_________________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)打a段紙帶時(shí)，小車(chē)的加速度是2.5m/s2.請(qǐng)根據(jù)加速度的情況，判斷小車(chē)運(yùn)動(dòng)的最大速度可能出現(xiàn)在b段紙帶中的__________．(3)如果取重力加速度為10m/s2，由紙帶數(shù)據(jù)可推算出重物m0與小車(chē)m的質(zhì)量比為_(kāi)_________．[解析]

(1)用逐差法求加速度，＝－5.0m/s2表示物體在做減速運(yùn)動(dòng)，加速度的大小為5.0m/s2.(2)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，據(jù)此可求得打D4、D5兩點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度分別為：

＝1.475m/s，v5＝

＝1.45m/s，而D4D5間的平均速度為

1.49m/s，比較這三個(gè)速度可看出，速度最大應(yīng)出現(xiàn)在D4～D5之間．(3)由題意知，a段為重物牽引下的小車(chē)加速階段，c段為重物落地后，小車(chē)做減速運(yùn)動(dòng)的階段，對(duì)a段中的重物有m0g－F＝m0aa，小車(chē)有F－Ff－mgsinθ＝maa；對(duì)c段中的小車(chē)有Ff＋mgsinθ＝mab(其中F為繩中的彈力，F(xiàn)f為小車(chē)與斜面間的摩擦力，θ為斜面的傾角)．由題中所給的數(shù)據(jù)可求得m0:m＝1:1.[答案]

(1)－5.0(2)D4～D5(3)1:1

(2009·六安市徐集中學(xué)高三調(diào)研)某學(xué)生用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車(chē)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)．他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50Hz的交流電源上，實(shí)驗(yàn)時(shí)得到一條紙帶．如圖所示，他在紙帶上便于測(cè)量的地方選取第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，在這點(diǎn)下標(biāo)明A，第六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明B，第十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明C，第十六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明D，第二十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明E.測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)已模糊不清，于是他測(cè)得AC長(zhǎng)為14.56cm、CD長(zhǎng)為11.15cm，DE長(zhǎng)為13.73cm，則打C點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)_________m/s，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為_(kāi)_________m/s2，AB的距離應(yīng)為_(kāi)_________cm.(保留三位有效數(shù)字)解析：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,C點(diǎn)的瞬時(shí)速度大答案：0.9862.585.99【例2】若實(shí)驗(yàn)中電源的頻率高于正常頻率，而實(shí)驗(yàn)者不知道，則計(jì)算出來(lái)的加速度值與正常值相比偏大還是偏?。縖解析]

如果實(shí)驗(yàn)中電源的頻率高于正常頻率，而實(shí)驗(yàn)者不知道，則實(shí)驗(yàn)者在計(jì)算加速度時(shí)仍然按照正常頻率計(jì)算，則一定會(huì)對(duì)結(jié)果造成偏差．因?yàn)閒實(shí)際>f正常，所以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔T實(shí)際<T正常，打出的紙帶上實(shí)際的點(diǎn)間距離差Δs實(shí)＝但由于實(shí)驗(yàn)者不知道的緣故，所以在計(jì)算時(shí)要用實(shí)際的位移差Δs實(shí)除以正常的時(shí)間間隔T正常的二次方，而發(fā)生這個(gè)位移所用的時(shí)間沒(méi)有這么大，因此，這種情況下，計(jì)算出的加速度值比真實(shí)加速度的值偏?。甗答案]

偏小在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，下列方法中有助于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是 ()A．選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，把每打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)間單位B．使小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些C．舍去紙帶上開(kāi)始時(shí)密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測(cè)量、計(jì)算D．適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)解析：選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使相鄰點(diǎn)間的間