《（浙江專用）2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運動的研究 微型專題 實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專用）2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運動的研究 微型專題 實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、（浙江專用）2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運動的研究 微型專題 實驗：研究勻變速直線運動的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.進一步練習(xí)使用打點計時器.2.會利用平均速度求瞬時速度.3.會利用v－t圖象處理實驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷物體的運動性質(zhì).4.能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求加速度并會測量自由落體加速度.5.了解誤差和有效數(shù)字. 一、實驗原理 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

2、，且Δx＝aT2. 圖1 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 若紙帶上選出多個計數(shù)點，可用逐差法求加速度a＝. 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(fù)寫紙、坐標(biāo)紙、刻度尺. 三、注意事項 1.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器. 2.先接通電源，打點計時器正常工作后，再釋放小

3、車，當(dāng)小車停止運動時要及時斷開電源. 3.要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔四個點取一個計數(shù)點，即交流電源頻率為50 Hz時，時間間隔為T＝0.02×5 s＝0.1 s. 4.描點時最好用坐標(biāo)紙，在縱、橫坐標(biāo)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(fù)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

4、法不完善造成的. ②特點：多次重復(fù)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：校準(zhǔn)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)果一般取兩位或三位有效數(shù)字表示. 一、研究勻變速直線運動 例1　(2018·溫州市十五校聯(lián)考)同學(xué)們利用如圖2所示裝置做“研究勻變速直線運動”實驗.請你完成下列有關(guān)問題： 圖2 (1)實驗室提供如圖3甲、乙兩種打點計時器，某實驗小組決定使

5、用電火花計時器，則應(yīng)選用圖中的 (填“甲”或“乙”)計時器. 圖3 (2)另一實驗小組使用的是電磁打點計時器，圖4中，接線正確的是 (填“甲”或“乙”) 圖4 (3)小宇同學(xué)選取一條清晰紙帶進行研究，在紙帶上確定出九個計數(shù)點，如圖5所示，相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，根據(jù)紙帶提供的信息，紙帶上3、5兩點間距離為 mm. 圖5 (4)紙帶上計數(shù)點6的瞬時速度為 m/s，小車運動的加速度為 m/s2(瞬時速度保留3位有效數(shù)字，加速度保留2位有效數(shù)字). (5)在“探究小車速度

6、隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，下列說法中對于減小實驗誤差有益的是 . A.墊高長木板的一端，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動 B.使小車運動的加速度盡量小些 C.舍去紙帶上密集的點，利用點跡清晰、點間間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M行測量 D.選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗 答案　(1)乙　(2)乙　(3)35.0　(4)0.255　0.40　(5)CD 解析　(1)題圖甲為電磁打點計時器，題圖乙為電火花計時器，故選乙； (2)電磁打點計時器使用的是6 V以下交流電源，故題圖乙的連接是正確的； (3)由題圖可得點3對應(yīng)的刻度值為2.50 cm，點5對應(yīng)的刻度

7、值為6.00 cm，所以3、5兩點間的距離為6.00 cm－2.50 cm＝3.50 cm＝35.0 mm. (4)紙帶上計數(shù)點6的瞬時速度等于5到7的平均速度，v6＝57＝＝ cm/s＝25.5 cm/s＝0.255 m/s. 逐差法計算加速度 a1＝，a2＝，a3＝， 則a＝＝≈0.40 m/s2. (5)實驗過程中，應(yīng)使小車做勻加速直線運動，故選用平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗.處理紙帶時，應(yīng)舍去紙帶上密集的點，利用點跡清晰，點間間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M行測量，以減少讀數(shù)誤差，故選C、D. 例2　如圖6所示是某同學(xué)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

8、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.打點計時器所接電源是頻率為50 Hz的交流電. 圖6 (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：cm) x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 由此可以得多出結(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. (4)計算打計數(shù)點B時小車的速度vB＝ m/s. 答案　見解析

9、 解析　(1)數(shù)據(jù)如表所示.(單位：cm) x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 1.60 1.55 1.62 1.53 1.61 由數(shù)據(jù)表分析，可知各位移差與平均值最多相差0.05 cm，在誤差允許范圍內(nèi)相鄰相等時間內(nèi)的位移差近似相等，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50 Hz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)點間有5段相等時間間隔，所以兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔Δt＝5× s＝0.1 s. (3)用逐差法來計算加速度.a1＝，a2＝，a3＝，取平均值，有a＝＝，將數(shù)

10、據(jù)代入得加速度的值a＝×10－2 m/s2≈1.58 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＝＝×10－2 m/s≈0.518 m/s，也可以用OD間距離來計算vB＝＝0.518 m/s. 二、自由落體加速度的測量 例3　如圖7所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物拖著紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度. 圖7 (1)所需器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需 (填字母序號)中的器材. A.直流電源、天平及砝碼 B.直流電源、毫米刻度尺

11、C.交流電源、天平及砝碼 D.交流電源、毫米刻度尺 (2)通過作圖的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實驗的準(zhǔn)確程度.為使所作圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象，還可作 圖象，其縱軸表示的是 ，橫軸表示的是 . 答案　(1)D　(2)－h(huán)　速度平方的二分之一　重物下落的高度 解析　(1)打點計時器需接交流電源；重力加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，所以不需要天平和砝碼；計算速度時需要用刻度尺測量相鄰計數(shù)點間的距離，故選項D正確. (2)由自由落體運動的規(guī)律v2＝2gh可得＝gh，當(dāng)縱軸表示，橫軸表示重物下落的高度

12、h時，圖線的斜率即可表示重力加速度. 測重力加速度的方法 1.打點計時器法 2.頻閃照相法(如圖8所示) 圖8 (1)頻閃照相機可以間隔相等的時間拍攝一次，利用頻閃照相機的這一特點可追蹤記錄做自由落體運動的物體在各個時刻的位置. (2)根據(jù)勻變速直線運動的推論Δh＝gT2可求出重力加速度g＝.也可以根據(jù)＝＝，求出物體在某兩個時刻的速度，由g＝求出重力加速度g. 例4　如圖9甲、乙是某研究性學(xué)習(xí)小組自己組裝的用DIS實驗裝置來測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的兩套實驗方案(與數(shù)據(jù)采集器和計算機的連接均未畫出). 圖9 (1)補齊甲方案操作步驟： ①如圖安裝好器材，

13、啟動DIS，進入“用DIS測加速度的界面”. ②開啟發(fā)射器電源，由靜止釋放發(fā)射器，獲得發(fā)射器自由下落的v－t圖象. ③在圖象上選取兩點A、B，記錄vA、vB和兩點之間時間間隔Δt，求出該次實驗g值， ④ . (2)為了減小該實驗的誤差，選取A、B兩點時應(yīng)注意的是： . (3)乙方案中已測量的物理量有：球直徑d、球通過光電門1和2的時間Δt1、Δt2，還需測出的一個物理量是 ，并寫出g值的表達式 . (4)

14、為了減小實驗誤差，安裝乙方案中兩光電門時應(yīng)注意： . 答案　(1)④多次測量得出g的平均值　(2)A、B兩點應(yīng)在v－t圖線的同一直線上，且相距較遠　(3)兩光電門之間的高度差h(或球從光電門1到光電門2的時間t)　g＝ 　(4)兩光電門水平且中心應(yīng)在同一豎直線上，且相距較遠 解析　(1)④為了減小實驗誤差，需要多次測量求得g的平均值；(2)這兩點的選取應(yīng)注意相隔較遠一點，并且取在直線上的點，因為分布在直線兩側(cè)的點的實驗誤差較大；(3)在乙方案中

15、，根據(jù)位移速度公式2－2＝2gh，即還需要測量兩光電門之間的高度差h，表達式為g＝；(4)為了減小實驗誤差，實驗時間應(yīng)盡量長一點，即兩光電門之間的距離大一些，因為是豎直方向上的運動，所以還需要保證兩光電門水平且中心在同一豎直線上. 1.(儀器選擇與數(shù)據(jù)處理)(2018·寧波市第一學(xué)期期末)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中 (1)用到電磁打點計時器，應(yīng)采用的電源是(　　) A.學(xué)生電源交流輸出 B.3節(jié)干電池 C.蓄電池 (2)下列說法正確的是(　　) A.應(yīng)先接通打點計時器的電源，在打點計時器開始打點后再釋放小車 B.應(yīng)先釋放小車，再接通打點計時器的電源 (3)某

16、學(xué)生實驗時得到一條點跡清晰的紙帶如圖10所示，圖中O、A、B、C、D、E是打點計時器連續(xù)打下的6個點，若打點計時器的打點周期為T，則利用此紙帶得到小車的加速度的表達式為 (用x2、x5、T來表示) 圖10 答案　(1)A　(2)A　(3)a＝ 解析 　(1)電磁打點計時器接4～6 V的交流電源，應(yīng)采用的電源是學(xué)生電源交流輸出，故A正確，B、C錯誤； (2)實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，在打點計時器開始打點后再釋放小車，故A正確，B錯誤； (3)根據(jù)Δx＝aT2得x3－x2＝aT2，x4－x3＝aT2，x5－x4＝aT2， 聯(lián)立解得a＝. 2.(實驗數(shù)據(jù)處理)

17、(2018·嘉興市第一學(xué)期期末)某同學(xué)用如圖11所示裝置研究小車在不同接觸面上的運動情況，該同學(xué)將小車以適當(dāng)?shù)某跛俣柔尫藕螅么螯c計時器記錄小車的運動情況，通過反復(fù)實驗得到一系列打上點的紙帶，并最終選擇了如圖12所示的一條紙帶(附有刻度尺)進行測量(結(jié)果均保留小數(shù)點后兩位).(打點計時器接頻率為50 Hz的交流電) 圖11 圖12 (1)請將A、B、C……J各點對應(yīng)的刻度值，按照正確的讀數(shù)方法填寫在下表內(nèi)(單位cm). A B C D E F G H I J 13.20 11.38 9.60 7.80 4.40 3.00 1.80 0.80

18、 0.00 (2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，紙帶上C點小車的速度大小vC＝ m/s； (3)對應(yīng)紙帶E、J兩點間，小車在做 運動，它的加速度大小為 m/s2. 答案　(1)6.00　(2)0.90　(3)勻減速直線　5.00 3.某同學(xué)用頻閃照相法研究小球的自由落體運動，選擇一張清晰的頻閃照片，剪掉前面小球重疊部分進行研究.已知小球在釋放位置時，球心與刻度尺的零刻度線對齊. (1)根據(jù)圖13相片中刻度尺的數(shù)據(jù)，請你讀出小球運動到照片中第五個相點時，下落的高度為 m； 圖13 (2)若所用照相機的曝光頻率為f，照

19、片上1、3相點距離和1、5相點距離分別為x1、x2，則相點2所對應(yīng)小球的速度v＝ ，小球自由下落的加速度a＝ . 答案　(1)0.211 8(0.211 6～0.212 0)　(2)　 解析　(1)由題圖可知，下落的高度h＝21.18 cm＝0.211 8 m. (2)根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度知，相點2的瞬時速度v＝＝. 根據(jù)x2－2x1＝a(2T)2得，a＝. 1.某同學(xué)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0.1 s，依打點先后編為0、1、2

20、、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：(填字母) 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(yīng)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＝6.0 mm，故x45－x12＝3×6.0 mm，故x45＝54.0 mm，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. 2.(2018·寧波市諾丁漢大學(xué)附中期中)研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如

21、圖2(a)所示，其中斜面傾角θ可調(diào)，打點計時器工作頻率為50 Hz，紙帶上計數(shù)點的間距如圖(b)所示，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出. 圖2 (1)部分實驗步驟如下： A.測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶 B.接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車 C.將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連 D.把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔 上述實驗步驟的正確順序是： (用字母填寫). (2)圖(b)中標(biāo)出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T＝ s. (3)計數(shù)點5對應(yīng)的瞬時速度大小計算式為v5＝ . (4)為了充分利用記

22、錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應(yīng)為a＝ . 答案　(1)DCBA　(2)0.1　(3) (4) 3.某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖3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0.2 s滴一滴(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；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(biāo)志小車運動規(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

23、紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm.試問： 圖3 (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＝＝＝ m/s

24、≈0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56＋x45＋x34)－(x23＋x12＋x01)＝9aT2，即(5.15＋4.41＋3.65)×10－2 m－(2.91＋2.15＋1.40)×10－2 m＝9a×(0.2 s)2，解得a≈0.19 m/s2. 4.一同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌測定滑塊的加速度，滑塊上安裝了寬度為3.0 cm的遮光板，如圖4所示，滑塊在牽引力作用下先后勻加速通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1＝0.30 s，通過第二個光電門的時間為Δt2＝0.10 s，則滑塊經(jīng)過第一個光電門的速度v1＝0.1 m/s，滑塊經(jīng)過第二個光電門時的速度v2＝

25、0.3 m/s. 圖4 (1)若已知遮光板從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間為Δt＝4.0 s，則滑塊的加速度大小a＝ m/s2. (2)若已知兩光電門間距為L＝80.00 cm，則滑塊的加速度大小a′＝ m/s2. (3)為了減小誤差，可采取的辦法是 . A.增大遮光板的寬度 B.減小遮光板的寬度 C.增大兩光電門的間距 D.減小兩光電門的間距 答案　(1)5×10－2　(2)5×10－2　(3)BC 解析　(1)據(jù)v2＝v1＋aΔt得a＝5×10－2 m/s2.(2)據(jù)v22－v12＝2a′L得a′＝5×

26、10－2 m/s2.(3)遮光板的寬度越小，瞬時速度的測量誤差越??；兩光電門的間距越大，測量L的相對誤差越小，故選B、C. 5.在暗室中用圖5所示裝置做“測定重力加速度”的實驗. 圖5 實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根帶熒光刻度的米尺、頻閃儀. 具體實驗步驟如下： ①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴的落下. ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴. ③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度. ④采集數(shù)據(jù)進行處理. (1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不

27、動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是：頻閃儀閃光頻率 (填“等于”或“不等于”)水滴滴落的頻率. (2)若實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖6所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測得小水滴下落的加速度也即當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝ m/s2；第7個水滴此時的速度v7＝ m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字) 圖6 答案　(1)等于　(2)9.72　1.94 解析　(1)頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率時，則每滴下來的一滴水，頻閃儀都在相同的位置記錄，故可看到一串仿佛固定不動的水滴. (2)根據(jù)題意可知x67＝19.30 cm－13.43 cm＝5.87 cm， x78＝26.39 cm－19.30 cm＝7.09 cm x89＝34.48 cm－26.39 cm＝8.09 cm x90＝43.67 cm－34.48 cm＝9.19 cm 由逐差法可得 g＝×10－2 m/s2＝9.72 m/s2 第7個水滴的速度為： v7＝＝×10－2 m/s≈1.94 m/s.