【物理】2019届一轮复习人教版 实验：研究匀变速直线运动 学案 14页

课前预习 ● 自我检测 ‎1.两种打点计时器的不同 ‎(1)电磁打点计时器使用 电源，频率 ，用振针打点，每隔 打一次点。‎ ‎(2)电火花计时器使用 电源，频率 ，电火花打点，每隔 打一次点。‎ ‎【答案】低压交流 50 H 0.02 s 220 V交流 50 H 0.02 s ‎2.匀变速直线运动的判断 ‎ ‎【答案】连续相等时间内的位移之差为恒量，即x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝恒量，物体做匀变速直线运动。‎ ‎3. 由纸带求物体运动速度的方法 ‎ ‎【答案】根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度 ‎4.由纸带用逐差法求加速度 ‎ ‎5.某同学利用打点计时器测量福州的重力加速度，某次实验得到的一段纸带如图所示，O、A、B、C、D为相邻的五个点，测得OA＝‎5.5 mm，OB＝‎14.9 mm，OC＝‎28.3 mm，OD＝‎45.2 mm，打下相邻两个点间的时间间隔为0.02 s。‎ ‎(1)用逐差法算出福州的重力加速度g＝ m/s2。(结果保留三位有效数字)‎ ‎(2)通过查阅资料发现福州的重力加速度标准值为‎9.79 m/s2，比较(1)的结果发现两者并不相等，除了读数误差外，你认为产生误差的其他主要原因可能是 。(只要求写出一种原因)‎ ‎【解析】(1)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，‎ 得：a＝m/s2＝‎9.63 m/s2。‎ ‎(2)由于纸带与限位孔之间的阻力、空气阻力等作用，物体下落的过程中合力不等于重力，所以两者并不相等。‎ ‎【答案】(1)9.63　(2)纸带与限位孔之间的阻力(或空气阻力)‎ 课堂讲练 ● 典例分析 考点一 实验原理与操作 ‎【典例1】某同学用如图实11甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。‎ 实验步骤如下：‎ A．安装好实验器材；‎ B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；‎ C．测出x1、x2、x3、…。‎ 结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务：‎ ‎(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有 。(填选项代号)‎ A．电压合适的50 H 交流电源 B．电压可调的直流电源 C．秒表 D．刻度尺 E．天平 F．重锤 G．弹簧测力计 H．滑动变阻器 ‎(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是 ，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是 。‎ ‎(3)如果小车做匀加速直线运动，测出前六段相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则小车的加速度a的表达式为： 。‎ ‎　(1)AD　(2)x3－x2＝x2－x1　 (3)‎ ‎【反思总结】(1) 做到心中有实验电路图(2)依据实验电路图明晰实验器材 (3) 熟悉实际打点和计数点的区别（4）能利用纸带求速度和加速度（5）会根据纸带点的情况判断物体的运动情况 ‎【跟踪短训】‎ ‎1.某同学用图所示装置探究小车做匀变速直线运动的规律，他采用电火花计时器进行实验。‎ ‎(1)请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上(填编号) 。‎ ‎①电火花计时器　②天平　③低压交流电源　④细绳和纸带　⑤砝码、托盘和小车　⑥刻度尺　⑦秒表　⑧一端带有滑轮的长木板 ‎(2)搭建好实验装置后，先 ，再 。纸带被打出一系列点，其中一段如图实14所示，可知纸带的 (填“左”或“右”)端与小车相连。‎ ‎(3)如图所示的纸带上，A、B、C、D、E为纸带上所选的计数点，相邻计数点间时间间隔为0.1 s，则vB＝ m/s，a＝ m/s2。‎ ‎【答案】(1)②③⑦　(2)接通电源　释放小车　左　(3)0.26　0.4‎ 考点二 数据处理和误差分析 ‎【典例2】如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的频率f＝50 H ，其中x1＝‎7.05 cm、x2＝‎ ‎7.68 cm‎、x3＝‎8.33 cm、x4＝‎8.95 cm、x5＝‎9.61 cm、x6＝‎10.26 cm。‎ ‎(1)下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。(保留三位有效数字)‎ 位置 B C D E F 速度(m·s－1)‎ ‎0.737‎ ‎0.801‎ ‎0.994‎ ‎(2)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间图线。‎ ‎(3)根据你画出的小车的速度—时间图线计算出小车的加速度a＝ m/s2。(保留两位有效数字)‎ ‎(4)如果当时电 中交变电流的频率是f＝49 H ，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏 。(选填“大”或“小”)‎ ‎【反思总结】1．计时间隔的计算：(1)打点周期T0＝＝0.02 s，与计时间隔不一定相同。(2)两计数点间有四个点没有画出，计时间隔T＝5T0＝0.1 s 2．瞬时速度的计算和有效数字：(1)瞬时速度用公式vn＝ 来计算(2)有效数字的位数是从左侧第1个不为零的数开始数直到右侧最后1位为止3．利用图像处理数据的方法：(1)根据表中数据在vt坐标系中准确描出各点。(2)用直线将各点连接起来，不在直线上的点尽量对称地分布在直线两侧。(3)注意图线是否过原点。4．利用图像求解加速度的方法：(1)vt图线的斜率即为物体的加速度。(2)为使结果更精确，应选两距离较远，读数较准确的两点。(3)a＝，注意结果符合有效数字要求。5.实验误差分析：（1）电 频率不稳引起实验系统误差。（2）测量数据不准及描点、连线作图不准引起偶然误差。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2．实验室利用打点计时器研究小滑块做减速运动时的运动情况，打出如图所示的纸带，打点计时器接在频率为50 H 的交流电源上．请回答下列问题：‎ ‎(1)纸带的 (填“A”或“B”)端与小滑块相连，纸带上AB段运动的时间 ．‎ ‎(2)根据纸带请判断该滑块的运动属于 (填“匀速”或“匀减速”)直线运动．‎ ‎(3)从纸带可以测出A、B两点间的距离为 ，滑块的加速度大小为 ．(计算结果保留三位有效数字)‎ ‎【解析】　(1)小滑块做减速运动，从纸带上计时点的分布看出，从左向右，相邻计时点之间的距离越来越大，因此纸带的B端与小滑块相连，纸带上AB段运动的时间为4×T＝4×0.02 s＝0.08 s.‎ ‎【答案】　(1)B　0.08 s　(2)匀减速　(3)‎9.20 cm　‎5.00 m/s2‎ 考点三　实验拓展与创新 ‎【典例3】物理小组的同学用如图所示的实验器材测定重力加速度，实验器材有：底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小球释放点)，小球释放器(可使小球无初速释放)、 兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。‎ ‎(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图所示，则小球直径为 cm。‎ ‎(2)改变光电门1的位置，保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v四个物理量之间的关系为h＝ 。‎ ‎(3)根据实验数据作出 t图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为 。‎ ‎ ‎ ‎　(1)1.180　(2)vt－gt2　(3)2k,‎ ‎【反思总结】1．复习启示：高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情境．因此，要在夯实基础实验的基础上注意迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题．‎ ‎2．原理演化(如图所示)‎ ‎3．数据处理 ‎(1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度→长木板倾斜靠重力获得加速度．‎ ‎(2)速度的测量方法：由打点纸带求速度→测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间Δt，由v＝求速度．‎ ‎(3)加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度→利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系式求加速度．‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎3. 某研究性学习小组用图示装置来测定当地重力加速度，主要操作如下：‎ ‎①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；‎ ‎②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；‎ ‎③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作。测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度v；‎ ‎④画出v t图象 请根据实验，回答如下问题： ‎ ‎(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g。则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为 。(用v0、g和t表示)‎ ‎(2)实验测得的数据如下表：‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ h(cm)‎ ‎10.00‎ ‎20.00‎ ‎30.00‎ ‎40.00‎ ‎50.00‎ ‎60.00‎ t(s)‎ ‎0.069‎ ‎0.119‎ ‎0.159‎ ‎0.195‎ ‎0.226‎ ‎0.255‎ v(m·s－1)‎ ‎1.45‎ ‎1.68‎ ‎1.89‎ ‎2.05‎ ‎2.21‎ ‎2.35‎ 请在坐标纸上画出v t图象。‎ ‎(3)根据v t图象，可以求得当地重力加速度g＝ m/s2，试管夹到光电门1的距离约为 cm。(以上结果均保留两位有效数字)‎ 课后巩固 ● 课时作业 基础巩固 ‎1.关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是(　　)‎ 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，小车应停在靠近打点计时器处 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 ‎【答案】A ‎【解析】长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故选A错误；实验时，为了能在纸带上得到较多的点迹，释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处，选项B正确；如果先释放小车，可能纸带上打不上几个点，故选项C正确；为了保护小车，避免落地摔坏，在小车到达定滑轮前要用手使小车停止运动，选项D正确。‎ ‎2.在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误的步骤有 。‎ A．拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源 B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码 D．取下纸带 E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 F．换上新纸带重复实验三次 若该同学将以上步骤完善以后，请你将操作步骤按合理顺序填写在横线上 。‎ ‎【解析】实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，所以应该先接通电源，再释放纸带，A错误；取下纸带前，应该先断开电源，使计时器停止工作，D错误。安排实验步骤要本着先安装器材，然后进行实验的思路进行，一般每完成一次实验，都要进行重复实验，实验步骤要符合逻辑，不能颠三倒四的，故合理顺序为BECADF。‎ ‎【答案】AD　BECADF ‎3.在“研究匀变速直线运动”的实验中,下列方法有助于减小实验误差的是　　。 ‎ A.选取计数点,从比较清晰的点起,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位 B.使小车运动的加速度尽量小些 C.舍去纸带上开始处密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算 D.适当增加挂在细绳下钩码的个数 ‎【答案】ACD ‎4.如图所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt.测得遮光条的宽度为Δx，用近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度．为使更接近瞬时速度，正确的措施是(　　)‎ A．换用宽度更窄的遮光条 B．提高测量遮光条宽度的精确度 C．使滑块的释放点更靠近光电门 D．增大气垫导轨与水平面的夹角 ‎【答案】A ‎【解析】是Δt时间内的平均速度，Δt越小， 就越接近某点的瞬时速度．A选项中换用宽度更窄的遮光条，就是取更短的时间Δt，A正确；B、C、D选项中的处理不能保证Δt很短，不能确定更接近瞬时速度，选项B、C、D错误．‎ 综合应用 ‎5.研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50H ，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．‎ ‎①部分实验步骤如下：‎ A．测量完毕，关闭电源，取出纸带 B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是： (用字母填写)．‎ ‎②图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝ s.‎ ‎③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝ .‎ ‎④为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝ .‎ ‎【答案】　①DCBA　②0.1　③ ④ ‎6.(2014·全国卷)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10 H ；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g＝‎9.80 m/s2。‎ 单位：cm x1‎ x2‎ x3‎ x4‎ h s ‎10.76‎ ‎15.05‎ ‎19.34‎ ‎23.65‎ ‎48.00‎ ‎80.00‎ 根据表中数据，完成下列填空：‎ ‎(1)物块的加速度a＝ m/s2(保留3位有效数字)。‎ ‎(2)因为 ，可知斜面是粗糙的。‎ ‎【答案】(1)4.30　(2)物块加速度小于g＝‎5.88 m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)‎ ‎7. 用如图所示实验装置可以测量重力加速度，经正确操作后得到一条纸带，在纸带上选择0、1、2、3、4、5、6七个测量点，相邻两测量点的时间间隔为0.04 s，测量出后面各测量点到0测量点的距离d，记入下表中，对这些数据进行处理后便可测得重力加速度值。‎ 测量点 ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ d/cm ‎0‎ ‎1.20‎ ‎4.16‎ ‎8.60‎ ‎14.50‎ ‎21.90‎ ‎30.85‎ 时间t/s ‎0‎ ‎0.04‎ ‎0.08‎ ‎0.12‎ ‎0.16‎ ‎0.20‎ ‎0.24‎ /(m·s－1)‎ ‎0‎ ‎0.30‎ ‎0.52‎ ‎0.72‎ ‎0.91‎ ‎1.10‎ ‎1.29‎ ‎(1)甲同学的处理方法是：计算出1、5两点对应的速度v1、v 5，然后由g＝算得g值，则其中v5＝ m/s(结果保留三位有效数字)。‎ ‎(2)乙同学的处理方法是：计算出的值(已记入表中)，作出 t图像，由图像算得g值。请你按以下要求完成乙同学的处理过程。‎ ‎①在提供的坐标纸上(图实114)作出规范的 t图像。‎ ‎②在图像上用符号“×”标出你用于计算g值所选择的点。‎ ‎③根据图像求得g＝ m/s2(结果保留三位有效数字)。‎ ‎(3)实验测得的g值，你认为应选 (填“甲的值”或“乙的值”或“都可以”)。‎ ‎【答案】 (1)2.04　(2)①②如图所示　③9.62(9.59 9.65)　(3)乙的值 ‎8.在暗室中用如图所示装置做“测定重力加速度”的实验。 ‎ 实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：‎ ‎①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。‎ ‎②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。‎ ‎③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。‎ ‎④采集数据进行处理。‎ ‎(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是： 。‎ ‎(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 H ，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴的距离如图所示，根据数据测得当地重力加速度g＝ m/s2；第8个水滴此时的速度v8＝ m/s(结果都保留三位有效数字)‎ ‎(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可) 。‎ ‎【答案】　(1)频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率 (2)9.72　2.28‎ ‎(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化) ‎