適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復習第1章運動的描述勻變速直線運動的研究實驗1測量做直線運動物體的瞬時速度課件

實驗1測量做直線運動物體的瞬時速度第一章強基礎增分策略一、實驗目的1.練習使用打點計時器,學會通過紙帶上的點測瞬時速度。2.研究物體勻變速直線運動的規(guī)律。二、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙。三、實驗思路1.打點計時器原理

均用交變電源2.用“平均速度法”測速度瞬時速度沒法直接測量,因此根據(jù)極限的思想,可通過測量對應的很短時間內的平均速度來測瞬時速度。在公式v=中,當Δt→0時v是瞬時速度。3.勻變速直線運動的速度測量在勻變速直線運動中,某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度,故打第n個點時紙帶的瞬時速度為

。四、進行實驗1.如圖所示,把一端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上,木板上放一個可以左右移動的小車,小車一端連接穿過打點計時器的紙帶,另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩。2.把小車停在靠近打點計時器的位置。啟動計時器,然后放開小車,讓它拖著紙帶運動。于是,打點計時器在紙帶上打下一行小點。隨后,立即關閉電源。3.增減所掛的槽碼(或在小車上放置重物),更換紙帶,再做兩次實驗。五、數(shù)據(jù)記錄1.選擇一條比較理想的紙帶,確定好計數(shù)點。2.求各計數(shù)點的瞬時速度并記錄。六、數(shù)據(jù)處理1.由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖像(1)根據(jù)記錄的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標系中描點。(2)根據(jù)描點作一條直線。

不要連成折線2.小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律小車運動的v-t圖像是一條傾斜的直線,如圖所示,可以得出結論:小車的速度隨時間均勻變化。七、誤差分析1.紙帶運動時摩擦不均勻、打點不穩(wěn)定引起誤差。2.計數(shù)點間距測量有偶然誤差。3.作圖有誤差。八、其他實驗方案概述方案1:用光電門、數(shù)字計時器測瞬時速度光電門測速原理是用極短時間內的平均速度替代瞬時速度,根據(jù)v=可知,只要測出物體的寬度和物體通過光電門的時間即可測定物體的速度。方案2:用頻閃照相法測瞬時速度利用頻閃照相拍攝運動物體在不同時刻的位置,再根據(jù)照片和實物的比例推算出照片中不同時刻物體位置間的位移,根據(jù)運動學公式測得物體的速度。此種方法不僅適用于測直線運動的物體速度,也適用于測勻變速曲線運動的物體的速度。增素能精準突破考點一教材原型實驗1.由紙帶計算某點的瞬時速度根據(jù)勻變速直線運動某段時間內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度,即

來計算。2.利用紙帶求物體加速度的兩種方法(1)逐差法根據(jù)x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T為相鄰計數(shù)點之間的時間間隔),求出在數(shù)據(jù)處理時可以對紙帶重新分段,把6段距離分為“前三”和“后三”,“后三”減“前三”也為相鄰相等時間間隔內的位移差,時間間隔為3T。(2)圖像法利用

求出打各點時紙帶的瞬時速度,然后作出v-t圖像,用v-t圖像的斜率求物體運動的加速度。典例1.某同學想用打點計時器測量小車的瞬時速度和加速度。(1)實驗室提供了以下器材:打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交變電源、復寫紙、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是

。

表中列出了打點計時器打下B、C、F點時小車的瞬時速度,請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度。對應點BCDEF0.7370.801

0.994(2)下圖是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出,打點計時器打點的時間間隔為0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。(3)以A點為計時起點,在坐標系中畫出小車的速度—時間關系圖線。

(4)根據(jù)畫出的小車的速度—時間關系圖線計算出的小車的加速度a=

m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)。

(5)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f=49Hz,而做實驗的同學并不知道,由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏

(選填“大”或“小”)。

答案

(1)彈簧測力計

(2)0.864

0.928

(3)見解析圖

(4)0.65

(5)大解析

(1)本實驗中不需要測量力的大小,因此不需要的器材是彈簧測力計。(3)小車的速度—時間關系圖線如圖所示。

(4)由小車的速度—時間關系圖線可得,小車的加速度(5)當交變電流的頻率f=49

Hz時,實際周期大于0.02

s,根據(jù)運動學公式Δx=aT2得,測量的加速度值與實際值相比是偏大的?？碱}點睛

考點考向點睛用打點計時器測量小車的瞬時速度和加速度方法:為了減少偶然誤差,數(shù)據(jù)處理常用作圖法。在坐標紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏而導致誤差過大),仔細描點連線,不能連成折線,應作一條直線,讓各點盡量落到這條直線上,落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側易錯:數(shù)據(jù)分析時要區(qū)分計時點和計數(shù)點。計時點是指計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點,要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的,時間間隔相等考點二實驗的改進與創(chuàng)新高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材,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),用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。1.實驗器材的改進及速度的測量方法

2.獲得加速度方法的改進長木板傾斜,靠小車的重力獲得加速度(如圖甲、乙所示)

靠重物的拉力獲得加速度。典例2.(2023廣東湛江測試)某實驗小組用圖甲所示的裝置研究物體做勻變速直線運動的規(guī)律。甲乙(1)將木板水平固定在桌面上,在木板上裝有兩個光電門1、2,測得兩光電門間的距離l=0.250m,用游標卡尺測出遮光片的寬度如圖乙所示,則遮光片的寬度d=

mm。

(2)繞過木板左端定滑輪的細線的一端連在裝有遮光片的物塊上,另一端吊著裝有砂的砂桶,將物塊先固定在木板右側,調節(jié)定滑輪高度,使連接物塊的細線與木板平行。(3)釋放物塊,物塊上的遮光片通過光電門1、2時的遮光時間分別為t1=2.16×10-2

s、t2=5.40×10-3s,則遮光片通過光電門1的速度大小為

m/s;物塊運動的加速度大小為

m/s2。(結果均保留2位有效數(shù)字)

答案

(1)5.4

(3)0.25

1.9解析

(1)游標卡尺讀數(shù)即遮光片的寬度,為5

mm+4×0.1

mm=5.4

mm。典例3.(2022江蘇卷)小明利用手機測量當?shù)氐闹亓铀俣?實驗場景如圖甲所示,他將一根木條平放在樓梯臺階邊緣,小球放置在木條上,打開手機的“聲學秒表”軟件,用鋼尺水平擊打木條使其轉開后,小球下落撞擊地面,手機接收到鋼尺的擊打聲開始計時,接收到小球落地的撞擊聲停止計時,記錄下?lián)舸蚵暸c撞擊聲的時間間隔t。多次測量不同臺階距離地面的高度h及對應的時間間隔t。(1)現(xiàn)有以下材質的小球,實驗中應當選用

。

A.鋼球B.乒乓球C.橡膠球甲(2)用分度值為1mm的刻度尺測量某級臺階高度h的示數(shù)如圖乙所示,則h=

cm。

乙(3)作出2h-t2圖線,如圖丙所示,則可得到重力加速度g=

m/s2。

(4)在圖甲中,將手機放在木條與地面間的中點附近進行測量,若將手機放在地面A點,設聲速為v,考慮擊打聲的傳播時間,則小球下落時間可表示為t'=

(用h、t和v表示)。

(5)有同學認為,小明在實驗中未考慮木條厚度,用圖像法計算的重力加速度g必然有偏差。請判斷該觀點是否正確,簡要說明理由。丙解析

(1)為了減小空氣阻力等因素影響,應該選用材質密度較大的鋼球,選項A正確。(2)刻度尺的分度值為1

mm,估讀到分度值的下一位,由題圖可知h=61.20

cm。與2h=gt2對比,斜率都是g,所以用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)時,木條的厚度對實驗無影響。練思維遷移運用1.某研究小組嘗試使用等時性良好的“節(jié)拍法”來研究物體沿斜面運動的規(guī)律。實驗所用節(jié)拍頻率是每秒2拍,實驗裝置如圖甲所示。在光滑傾斜的軌道上裝有可沿軌道移動的框架,框架上懸掛輕薄小金屬片,滑塊下滑撞擊金屬片會發(fā)出“?！钡穆曇?金屬片對滑塊運動的影響可忽略)。實驗步驟如下:①從某位置(記為A0)由靜止釋放滑塊,同時開始計拍調節(jié)框架的位置,使相鄰金屬片發(fā)出的“?！甭暻『瞄g隔1拍,并標記框架在軌道上的位置A1、A2、A3…②測量A1、A2、A3…到A0的距離s1、s2、s3…如圖乙所示。甲乙③將測量數(shù)據(jù)記錄于下表,并將節(jié)拍數(shù)n轉換成對應時間t的二次方。

n123456s/cm9.538.586.2153.2240.3346.4t2/s20.251.00C4.006.259.00(1)表格中“C”處的數(shù)據(jù)應為

。

(2)由表中數(shù)據(jù)分析可得,s與t2成

(選填“線性”或“非線性”)關系。

(3)滑塊的加速度大小為

m/s2(結果保留2位小數(shù))。

答案

(1)2.25

(2)線性

(3)0.77解析

(1)所用節(jié)拍頻率是每秒2拍,所以每拍0.5

s,表格中“C”處對應的是3拍,對應時間是1.5

s,二次方為2.25

s2。(2)表中s與t2的比值近似為一常數(shù),所以s與t2成線性關系。2.(2022全國乙卷)用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻(t=0)開始的一段時間內,該飛行器可視為沿直線運動,每隔1s測量一次其位置,坐標為x,結果如下表所示:t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列問題:(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內近似做勻加速運動,判斷的理由是

。(2)當x=507m時,該飛行器速度的大小v=

m/s。

(3)這段時間內該飛行器加速度的大小a=

m/s2(保留2位有效數(shù)字)。答案

(1)相鄰1s內的位移之差接近80m

(2)547

(3)79解析

(1)由題表可知,飛行器第1

s內的位移為507

m,第2

s內的位移為587

m,第3

s內的位移為665

m,第4

s內的位移為746

m,第5

s內的位移為824

m,第6

s內的位移為904

m,則相鄰1

s內的位移之差接近80

m,可判斷飛行器在這段時間內近似做勻加速運動。(2)當x=507

m時,飛行器的速度近似等于0~2

s內的平均速度,3.(2022遼寧卷)某同學利用下圖所示的裝置測量重