《2019-2020學年高中物理 第二章 勻變速直線運動的研究 專題強化 實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學年高中物理 第二章 勻變速直線運動的研究 專題強化 實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學案 新人教版必修1（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題強化　實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律 [學科素養(yǎng)與目標要求]　 科學探究：1.進一步練習使用打點計時器.2.會根據(jù)紙帶上打出的點利用平均速度公式求瞬時速度.3.會利用圖象法或逐差法求加速度． 一、實驗原理 圖1 1．利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法 如圖1所示，沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間間隔T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4…xn，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝xn－xn－1，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝aT2. 2．測定勻變速直線運動加速度的方法 (1)圖象法 ①先根據(jù)“平均速度”法求出各計數(shù)點的速度vn＝. ②作

2、v－t圖象，求出圖象的斜率即物體的加速度． (2)利用位移差公式 ①xn＋1－xn＝aT2得a＝，其中T為兩計數(shù)點之間的時間間隔． ②逐差法 a1＝，a2＝，a3＝，a＝＝.若紙帶上選出多個計數(shù)點，可用逐差法求加速度． 二、實驗器材(以小車的勻變速直線運動為例) 打點計時器、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、復寫紙、坐標紙、細鉛筆、刻度尺． 三、注意事項 1．開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器． 2．先啟動打點計時器，打點計時器正常工作后，再放開小車，當小車停止運動時要及時斷開電源． 3．要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每

3、隔四個點取一個計數(shù)點，即交流電源頻率為50Hz時，時間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s. 4．描點時最好用坐標紙，在縱、橫坐標軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點． 四、誤差和有效數(shù)字 1．誤差：測量值跟被測物理量的真實值之間的差異叫做誤差．誤差按產(chǎn)生原因可分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差． (1)偶然誤差 ①產(chǎn)生原因：由偶然因素造成的． ②特點：多次重復同一測量時，偏大和偏小的機會比較接近． ③減小偶然誤差的方法：取平均值． (2)系統(tǒng)誤差 ①產(chǎn)生原因：由儀器結(jié)構(gòu)缺陷、實驗方法不完善造成的． ②特點：多次重復測量的結(jié)果總是大于(或小于)被測量的真實值． ③減小系統(tǒng)誤差的方法：校

4、準測量儀器，改進實驗方法，完善實驗原理． 2．絕對誤差和相對誤差 (1)絕對誤差：測量值和真實值之差． (2)相對誤差：絕對誤差與測量值之比． 3．有效數(shù)字 (1)定義：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫做有效數(shù)字． (2)運算結(jié)果一般用兩位或三位有效數(shù)字表示. 一、應用勻變速直線運動規(guī)律處理紙帶問題 例1　如圖2所示是某同學測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取一個計數(shù)點，圖中注明了他對各計數(shù)點間距離的測量結(jié)果．所接電源是頻率為50Hz的交流電． 圖2 (1)為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行下列計算，并填入下表內(nèi)．(單位

5、：cm) x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 1.58 1.57 由此可以得出結(jié)論：小車的運動是________． (2)兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔Δt＝________s. (3)小車的加速度的計算式a＝________，加速度a＝________m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (4)計算打計數(shù)點B時小車的速度vB＝________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 答案　見解析 解析　(1)數(shù)據(jù)如表所示. x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 1.58 1.57 1.57 1.58

6、 1.58 由數(shù)據(jù)表分析可知，在誤差允許范圍內(nèi)相鄰相等時間內(nèi)的位移差相等，因此可以得出結(jié)論：小車的運動是勻變速直線運動． (2)該打點計時器所接的電源是頻率為50Hz的交流電，紙帶上每隔4個點取一個計數(shù)點，即兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔Δt＝5×s＝0.10s. (3)用逐差法來計算加速度． a＝， 將數(shù)據(jù)代入得加速度的值a＝×10－2m/s2≈1.57 m/s2. (4)由于小車做勻變速直線運動，因此，打計數(shù)點B時小車的速度等于AC段的平均速度，即vB＝≈0.517m/s. 二、實驗原理的遷移應用 例2　(2017·全國卷Ⅰ)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制

7、“滴水計時器”計量時間．實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖3(a)所示．實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置．(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖3 (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的． (2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動．小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________ m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)從右向左　(2)0.19　

8、0.038 解析　(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動的． (2)已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為T＝s＝s，所以A點位置的速度為vA＝m/s≈0.19 m/s.根據(jù)逐差法可得加速度a＝≈－0.038m/s2，故加速度的大小為0.038 m/s2. 針對訓練　一個小球沿斜面向下運動，用每隔s曝光一次的頻閃相機拍攝不同時刻小球位置的照片，如圖4所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為s，測得小球在幾個連續(xù)相等時間內(nèi)的位移數(shù)據(jù)見下表： 圖4 x1/

9、cm x2/cm x3/cm x4/cm 8.20 9.30 10.40 11.50 (1)小球在相鄰的相等時間內(nèi)的位移差________(填“相等”或“不相等”)，小球的運動屬于________直線運動． (2)沿斜面向下運動的小球在第三個位置的速度為______m/s，小球的加速度為_______m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)相等　勻加速 (2)0.985　1.10 解析　(1)由表格中的數(shù)據(jù)知，相鄰的相等時間內(nèi)的位移差為1.1cm，位移差相等，小球做勻加速直線運動． (2)勻變速直線運動的中間時刻的瞬時速度等于這段位移的平均速度，故v3＝＝

10、×10－2 m/s＝0.985 m/s，根據(jù)逐差法Δx＝aT2可知a＝＝ m/s2＝1.10 m/s2. 1．接在周期為T＝0.02s低壓交流電源上的打點計時器，在紙帶做勻加速直線運動時打出的一條紙帶如圖5所示，圖中所示的是每隔4個計時點所取的計數(shù)點，但第3個計數(shù)點沒有畫出．由圖中的數(shù)據(jù)可求得： 圖5 (1)該物體的加速度為______m/s2； (2)第3個計數(shù)點與第2個計數(shù)點的距離為______cm； (3)打第2個計數(shù)點時該物體的速度約為________m/s.(保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)0.74　(2)4.36　(3)0.40 解析　(1)設1、2間的位移為

11、x1,2、3間的位移為x2,3、4間的位移為x3,4、5間的位移為x4；因為周期為0.02 s，且每打5個點取一個計數(shù)點，所以每兩個計數(shù)點之間的時間間隔為T＝0.1 s； 由勻變速直線運動的推論xm－xn＝(m－n)aT2得：x4－x1＝3aT2， 代入數(shù)據(jù)解得a＝0.74m/s2. (2)第3個計數(shù)點與第2個計數(shù)點的距離即為x2，由勻變速直線運動的推論： x2－x1＝aT2得：x2＝x1＋aT2，代入數(shù)據(jù)得： x2＝0.0436m＝4.36cm. (3)勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故： v2＝＝m/s≈0.40 m/s. 2．(2016·天津

12、理綜)某同學利用圖6所示裝置研究小車的勻變速直線運動． 圖6 (1)實驗中，必須的措施是________． A．細線必須與長木板平行 B．先接通電源再釋放小車 C．小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量 D．平衡小車與長木板間的摩擦力 (2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖7所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)．s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64 cm.則小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小

13、車的速度vB＝____m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖7 答案　(1)AB　(2)0.80　0.40 解析　(1)實驗時，細線必須與長木板平行，以減小實驗的誤差，選項A正確；實驗時要先接通電源再釋放小車，選項B正確；此實驗中沒必要使小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；此實驗中不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，選項D錯誤． (2)相鄰的兩計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1s，由逐差法可得小車的加速度 a＝ ＝m/s2＝0.80 m/s2 打點計時器在打B點時小車的速度 vB＝＝m/s＝0.40 m/s. 1．某同學在測定勻變速直線運動的加速度時，得到了幾條較為理想的

14、紙帶．他已在每條紙帶上按每5個點取一個計數(shù)點，即兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，依打點先后編為0、1、2、3、4、5.由于不小心，幾條紙帶都被撕斷了，如圖1所示．請根據(jù)給出的A、B、C、D四段紙帶回答： 圖1 (1)在B、C、D三段紙帶中選出從紙帶A上撕下的那段應該是_______． (2)打A紙帶時，物體的加速度大小是_______m/s2. 答案　(1)C　(2)0.6 解析　(1)因為Δx＝x12－x01＝6.0mm，故x45－x12＝3×6.0mm，故x45＝54.0mm，故C是從A上撕下的那段紙帶． (2)根據(jù)Δx＝aT2，解得：a＝＝m/s2＝0.6 m/s2

15、. 2．在某次實驗中，物體拖動紙帶做勻加速直線運動，打點計時器所用電源的頻率為50Hz，實驗得到的一條紙帶如圖2所示，紙帶上每相鄰的兩個計數(shù)點之間都有4個點未畫出．按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數(shù)點，實驗中用直尺量出各計數(shù)點到0點的距離如圖所示(單位：cm)． 圖2 (1)在計數(shù)點1所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度為v1＝________m/s，物體的加速度a＝________m/s2.(兩空均保留兩位有效數(shù)字) (2)該同學在測量的時候沒有將計數(shù)點5的數(shù)值記錄下來，根據(jù)前面的數(shù)值可推算出計數(shù)點5到0點的距離為________cm. 答案　(1)0.18　0.75　(2

16、)14.50 解析　(1)打計數(shù)點1時紙帶的瞬時速度v1＝＝m/s≈0.18 m/s. 由題圖可知x01＝1.40cm，x12＝2.15cm，x23＝2.90cm，x34＝3.65cm， 可知連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差Δx＝0.75cm， 根據(jù)Δx＝aT2，得a＝＝m/s2＝0.75 m/s2. (2)x45＝x34＋Δx＝3.65cm＋0.75cm＝4.40cm， 所以計數(shù)點5到0點的距離為x5＝10.10cm＋4.40cm＝14.50cm. 3．(2019·太和一中學情調(diào)研)(1)研究小車的勻變速直線運動，記錄紙帶如圖3所示，圖中兩計數(shù)點間均有四個點未畫出．已知打點計時器所用電

17、源的頻率為50Hz，則小車運動的加速度a＝________m/s2，打P點時小車運動的速度v＝________ m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖3 (2)打點計時器原來工作電壓的頻率是50Hz，如果用它來測定勻變速直線運動的加速度時，實驗者不知工作電壓的頻率變?yōu)?0Hz，這樣計算出的加速度值與真實值相比是________(填“偏大”“不變”或“偏小”)． 答案　(1)0.80　0.25　(2)偏小 解析　(1)由公式Δx＝aT2可求得加速度大小，a＝＝m/s2＝0.80 m/s2， Δx＝＝0.80cm， vP＝＝m/s＝0.25 m/s (2)若打點計時器工作電壓的頻

18、率為60Hz，則周期變小，由a＝知a變大，若仍按照T不變計算，則計算出的加速度比真實值偏?。? 4．某校研究性學習小組的同學用如圖4甲所示的滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度．實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準)；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標記小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開．圖乙為實驗得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的

19、距離是x01＝1.40cm，x12＝2.15cm，x23＝2.91cm，x34＝3.65cm，x45＝4.41cm，x56＝5.15cm.試問： 圖4 (1)滴水計時器的原理與課本上介紹的________原理類似． (2)由紙帶數(shù)據(jù)計算可得點4所代表時刻的瞬時速度v4＝________m/s，小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)打點計時器　(2)0.20　0.19 解析　(1)由題知滴水計時器的原理與打點計時器原理類似． (2)可把小車的運動看做是勻變速直線運動，則 v4＝35＝＝m/s≈0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x

20、56＋x45＋x34)－(x23＋x12＋x01)＝9aT2，代入數(shù)據(jù)解得a≈0.19m/s2. 5．在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，用打點計時器記錄紙帶運動的時間，計時器所用電源的頻率為50Hz，如圖5為小車帶動的紙帶上記錄的一些點，在每相鄰的兩點中間都有四個點未畫出．按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數(shù)點，用刻度尺量出1、2、3、4、5點到0點的距離如圖所示(結(jié)果均保留4位有效數(shù)字)． 圖5 (1)小車做的是什么運動？ (2)若小車做勻變速直線運動，則當打第3個計數(shù)點時，求小車的速度大?。? (3)求小車的加速度． 答案　(1)小車做勻減速直線運動　(2)0.

21、5040m/s　(3)－1.502m/s2(±0.02均正確)，方向與初速度方向相反 解析　(1)因為電源頻率為50Hz，所以打點的周期T0＝＝0.02s，相鄰計數(shù)點的時間間隔為T＝5T0＝0.1s. 由題圖可得相鄰計數(shù)點間的位移分別為x1＝8.78cm，x2＝7.30cm，x3＝5.79cm，x4＝4.29cm，x5＝2.78cm. 所以相鄰計數(shù)點間的位移之差為Δx1＝x2－x1＝－1.48cm，Δx2＝x3－x2＝－1.51cm，Δx3＝x4－x3＝－1.50cm，Δx4＝x5－x4＝－1.51cm. 在誤差允許范圍內(nèi)，可近似認為Δx1＝Δx2＝Δx3＝Δx4＜0，即連續(xù)相等時間內(nèi)

22、的位移差相等且為負值，所以小車做勻減速直線運動． (2)由勻變速直線運動規(guī)律可得 v3＝＝m/s＝0.504 0 m/s. (3)①逐差法 a1＝＝m/s2≈－1.497 m/s2 a2＝＝m/s2≈－1.507 m/s2 a＝＝m/s2＝－1.502 m/s2 負號表示加速度方向與初速度方向相反． [也可以利用a＝求解] ②圖象法 v1＝＝m/s＝0.804 0 m/s 同理，v2＝0.6545m/s，v3＝0.504 0 m/s，v4＝0.3535m/s，由v1＝得v0＝2v1－v2＝0.9535 m/s，同理得v5＝0.203 0 m/s. 作出v－t圖象(使盡量

23、多的點落在圖線上，以減小誤差)，如圖所示，求出圖線斜率即加速度． 即小車的加速度a＝m/s2＝－1.501 m/s2，負號表示加速度方向與初速度方向相反． 6．如圖6所示，某實驗小組用光電數(shù)字計時器測量小車在斜面上下滑時的加速度，實驗主要操作如下： 圖6 ①用游標卡尺測量擋光片的寬度d； ②測量小車釋放處擋光片到光電門的距離x； ③由靜止釋放小車，記錄數(shù)字計時器顯示擋光片的擋光時間t； ④改變x，測出不同x所對應的擋光時間t. (1)小車加速度大小的表達式為a＝________(用實驗中所測物理量符號表示)． (2)根據(jù)實驗測得的多組x、t數(shù)據(jù)，可繪制圖象來得到小車運動的加速度，如果圖象的縱坐標為x，橫坐標為，實驗中得到圖象的斜率為k，則小車運動的加速度大小為________(用d、k表示)． 答案　(1)　(2) 解析　(1)依據(jù)中間時刻瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，則有：v＝ 再結(jié)合運動學公式a＝，則有：a＝， (2)根據(jù)(1)有：x＝·， 結(jié)合以縱坐標為x，橫坐標為的圖象，那么斜率：k＝. 因此小車的加速度大小為：a＝. 12