高考一輪復(fù)習(xí)學(xué)案 實(shí)驗(yàn) 研究勻變速直線運(yùn)動

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1、第 6 課時　實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動 基礎(chǔ)知識歸納 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)練習(xí)使用電磁打點(diǎn)計時器或電火花計時器，學(xué)會用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動情況. (2)測出勻變速直線運(yùn)動的加速度. 2.實(shí)驗(yàn)原理 (1)電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器都是使用　交流　電源的計時儀器，電磁打點(diǎn)計時器的工作電壓是　4～6　V，電火花打點(diǎn)計時器的工作電壓是　220　V.當(dāng)電源頻率是50 Hz時，它每隔　0.02　s打一次點(diǎn). (2)若紙帶上相鄰點(diǎn)間的位移差xn＋1－xn＝　0　，則物體做勻速直線運(yùn)動.若xn＋1－xn＝C(非零常數(shù))　，則物體做勻變速直線運(yùn)動. (3)根據(jù)紙帶求加速度的方法：

2、用“逐差法”求加速度.設(shè)相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6，根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝　3aT2(T為相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔)求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值，就是物體運(yùn)動的加速度. 3.實(shí)驗(yàn)器材 電火花打點(diǎn)計時器(或電磁打點(diǎn)計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片. 4.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)安裝實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示). (2)接通電源，釋放小車，重復(fù)打紙帶三條. (3)挑選紙帶，確定計數(shù)點(diǎn)，測相鄰間距. (4)用逐差法求加速度. 5.注意事項(xiàng) (1)計時器打出的點(diǎn)不清晰，可

3、能是　電壓偏低　或　振針位置不合適　. (2)打點(diǎn)計時器在紙帶上應(yīng)打出輕重合適的小圓點(diǎn)，如果打出的是短橫線，應(yīng)調(diào)整一下振針距復(fù)寫紙的高度，使之增大一些. (3)計時器打點(diǎn)時，應(yīng)先　接通電源　，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再　拉動紙帶　. (4)拉動紙帶前，應(yīng)使拉動端停靠在　靠近打點(diǎn)計時器　的位置. (5)小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出7～8個計數(shù)點(diǎn)為宜. 重點(diǎn)難點(diǎn)突破 一、對實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)的理解和掌握 要熟練實(shí)驗(yàn)的操作過程，特別注意減少實(shí)驗(yàn)誤差的操作技巧. 二、數(shù)據(jù)分析與處理 1.由紙帶判斷物體做勻變速直線運(yùn)動的方法：

4、如圖所示，A、B、C、D、…為時間間隔相等的各計數(shù)點(diǎn)，x1、x2、x3、…為相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的距離，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝…＝常數(shù)，即若兩連續(xù)相等的時間間隔里的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體的運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動. 2.由紙帶求物體運(yùn)動加速度的方法 (1)根據(jù)Δx＝x2－x1＝x3－x2＝…＝aT2(T為相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔)，求出a＝，然后求平均值. (2)用逐差法求加速度：根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2 求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值a＝即為物體運(yùn)動的加速度. (3)用v-t圖象法，先根據(jù)勻變速直線運(yùn)動某段時間中點(diǎn)

5、的瞬時速度等于這段時間的平均速度vn＝，求出打第n個點(diǎn)時紙帶的瞬時速度，然后作出v-t圖象，圖線的斜率即為物體運(yùn)動的加速度：a＝. 以上三種求a方法中，方法(1)求法誤差較大，如果所測數(shù)據(jù)多一般選取方法(2)、(3). 三、研究勻變速直線運(yùn)動的其他方法 研究勻變速直線運(yùn)動，除了運(yùn)用紙帶數(shù)據(jù)分析法之外，我們還可以通過頻閃照相法、滴水法等進(jìn)行分析研究. 典例精析 1.實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng) 【例1】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上. A.把穿過打點(diǎn)計時器的紙帶固定在小車后面 B.把打點(diǎn)計時器固定在長木板的沒有滑輪的一端，

6、并連好電路 C.換上新的紙帶，再重做兩次 D.把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面 E.使小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動 F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼 G.斷開電源，取出紙帶 【解析】正確的實(shí)驗(yàn)步驟是：把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并用墊片把木板的一端墊高.把打點(diǎn)計時器固定在木板較高的一端，并連好電路.把穿過打點(diǎn)計時器的紙帶固定在小車后.使小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運(yùn)動，打完一條紙帶，斷開電源，取下紙帶，換上新紙帶，再重做兩次，即順序?yàn)镈BFAEGC. 【答案】DBFAEGC 【思維提升】對實(shí)

7、驗(yàn)步驟可簡化為：放置→固定→連接→先接后放，開始實(shí)驗(yàn)→重復(fù)實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)分析，同時要理解實(shí)驗(yàn)步驟中關(guān)鍵幾步，如“固定時定滑輪要伸出桌面，打點(diǎn)計時器固定于遠(yuǎn)離定滑輪的一端；開始實(shí)驗(yàn)時先接通電源，后釋放小車”等. 【拓展1】在“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，下列方法中有助于減少實(shí)驗(yàn)誤差的是( ACD ) A.選取計數(shù)點(diǎn)，把每打5個點(diǎn)的時間間隔作為一個時間單位 B.使小車運(yùn)動的加速度盡量小些 C.舍去紙帶上開始時密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、計算 D.適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù) 【解析】選取計數(shù)點(diǎn)可以使用于測量和計算的相鄰點(diǎn)的間隔增大，在用直尺測量這些點(diǎn)間的間隔時

8、，在測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，因此A正確；在實(shí)驗(yàn)中，如果小車運(yùn)動的加速度過小，打出的點(diǎn)很密，長度測量的相對誤差較大，測量準(zhǔn)確性降低，因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，而使小車加速度增大的常見方法是適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù)，以增大拉力，故B錯，D對；為了減少長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集，甚至分辨不清的點(diǎn)，因此C項(xiàng)正確. 2.研究勻變速直線運(yùn)動的其他方法 【例2】兩木塊自左向右運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下木塊每次曝光時的位置，如圖所示.連續(xù)兩次曝光的時間間隔是相等的.由圖可知(　　) A.在時刻t2以及時刻t5兩木塊速度相同 B.在時刻t3兩木

9、塊速度相同 C.在時刻t3以及時刻t4之間某瞬時兩木塊速度相同 D.在時刻t4以及時刻t5之間某瞬時兩木塊速度相同 【解析】設(shè)連續(xù)兩次曝光的時間間隔為t，記錄木塊位置的直尺最小刻度間隔長為l，由圖可以看出下面木塊間隔均為4l，木塊做勻速直線運(yùn)動，速度v＝.上面木塊相鄰時間間隔內(nèi)木塊的間隔分別為2l、3l、4l、5l、6l、7l，相鄰相等時間間隔t內(nèi)的位移之差Δl＝l＝恒量， 所以上面木塊做勻變速直線運(yùn)動.由某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得t2、t3、t4、t5時刻的瞬時速度分別為： v2＝v3＝v4＝v5＝ 可見速度v＝介于v3、v4之間，選項(xiàng)C項(xiàng)正確. 【答案】C

10、 【思維提升】(1)解決本題首先要具備一定的觀察、分辨和信息提取能力，這也是近幾年高考的考查熱點(diǎn). (2)熟練應(yīng)用勻變速運(yùn)動的一些重要結(jié)論，如Δx＝aT2，等可快速深入問題的實(shí)質(zhì)，簡化解題過程. 【拓展2】用滴水法可以測定重力加速度的值，方法是：在自來水龍頭下面固定一塊擋板A，使水一滴一滴持續(xù)地滴落到擋板上，如圖所示，仔細(xì)調(diào)節(jié)水龍頭，使得耳朵剛好聽到前一個水滴滴在擋板上的聲音的同時，下一個水滴剛好開始下落.首先量出水龍頭口離擋板的高度h，再用秒表計時，計時方法是：當(dāng)聽到某一水滴滴在擋板上的聲音的同時，開啟秒表開始計時，并數(shù)“0”，以后每聽到一聲水滴聲，依次數(shù)“1,2,…”,一直數(shù)到“n”

11、時,按下秒表按鈕停止時，讀出秒表的示數(shù)為t.寫出用上述測量方法計算重力加速度g的表達(dá)式：g＝　2hn2/t2. 【解析】n次響聲間隔時間對應(yīng)n個水滴下落的時間間隔，所以一個水滴下落的時間T＝t/n.由h＝gT2得 g＝＝2hn2/t2 3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理 【例3】某同學(xué)用右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動.實(shí)驗(yàn)步驟如下： a.安裝好實(shí)驗(yàn)器材. b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運(yùn)動，重復(fù)幾次.選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點(diǎn)跡，從便于測量的點(diǎn)開始，每兩個打點(diǎn)間隔取一個計數(shù)點(diǎn)，如下圖中0、1、2、…、6點(diǎn)所示. c.測量1、2、3、…、6計數(shù)點(diǎn)

12、到0計數(shù)點(diǎn)的距離，分別記為s1、s2、s3、…、s6. d.通過測量和計算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻變速直線運(yùn)動. e.分別計算出s1、s2、s3、…、s6與對應(yīng)時間的比值. f.以為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出與對應(yīng)時間t的坐標(biāo)點(diǎn)，畫出-t圖象. 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請你完成下列任務(wù)： ①實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計時器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有和(填選項(xiàng)代號). A.電壓合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺 D.秒表　E.天平　F.重錘 ②將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻度線與0計數(shù)點(diǎn)對齊，0、1、2、5計

13、數(shù)點(diǎn)所在位置如圖所示，則s2＝cm，s5＝cm. ③該同學(xué)在下圖中已標(biāo)出1、3、4、6計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)，請你在該圖中標(biāo)出與2、5兩個計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出-t圖象. ④根據(jù)-t圖象判斷，在打0計數(shù)點(diǎn)時，小車的速度v0＝m/s；它在斜面上運(yùn)動的加速度a＝m/s2. 【解析】①A，C ②0刻度線和0計數(shù)點(diǎn)左端對齊，s2是計數(shù)點(diǎn)0與2間的距離，讀數(shù)時應(yīng)注意從計數(shù)點(diǎn)2的左端讀起，s5同理.答案為(2.99～3.01)，(13.19～13.21). ③-t如圖所示. ④圖象與縱軸的交點(diǎn)即小車在0計數(shù)點(diǎn)時的速度，注意單位的轉(zhuǎn)換，由cm

14、/s到m/s.注意應(yīng)是t時間中點(diǎn)的速度，例如，取2、6兩計數(shù)點(diǎn)的坐標(biāo)算加速度時，得出的是計數(shù)點(diǎn)1的瞬時速度，得出的是計數(shù)點(diǎn)3的瞬時速度，因此加速度a＝，而不是a＝. 【答案】①A，C?、?2.99～3.01)，(13.19～13.21)?、垡娊馕觥、?0.16～0.2)，(4.50～5.10) 【思維提升】圖線與縱軸截距表示初速度為v0，斜率為a，弄清圖象的意義是解題的關(guān)鍵. 易錯門診 【例4】在研究勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中，算出小車經(jīng)過各計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度如下表格所示. 計數(shù)點(diǎn)序號 1 2 3 4 5 6 計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)時刻(s) 0.1 0.2 0.3 0.4

15、0.5 0.6 通過計數(shù)點(diǎn)的速度(cm/s) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0 為了算出速度，合理的方法是(　　) A.根據(jù)任意兩計數(shù)點(diǎn)的速度公式a＝Δv/Δt算出加速度 B.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出v-t圖象，量出其傾角，由公式a＝tan α算出加速度 C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出v-t圖象，由圖線上任意兩點(diǎn)所對應(yīng)的速度，用公式a＝Δv/Δt算出加速度 D.依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度 【錯解】由加速度的定義式可知A正確；v-t圖線的斜率表示加速度，因此量出圖線傾角α，求出其tan α值即為加速度，B正確，根據(jù)a＝求出加速度，再取平均值，即為實(shí)驗(yàn)所求，D正確. 【錯因】分析中沒有從減少誤差和圖象的實(shí)際物理意義出發(fā)進(jìn)行討論，從而導(dǎo)致錯誤. 【正解】方法A偶然誤差較大；方法D實(shí)際上也僅由始末兩段位移決定，偶然誤差也較大；只有C充分利用畫出的v-t圖象的各次數(shù)據(jù)，減少了偶然誤差.而B量v-t圖象的傾角，由tan α求加速度是不妥的，因?yàn)槲锢韺W(xué)的圖象中縱橫坐標(biāo)的分度選取往往不是相同的，是由我們自己隨意定大小的，不像數(shù)學(xué)中的純坐標(biāo). 【答案】C 【思維提升】運(yùn)用圖象處理物理問題時，要注意圖象所表示的物理意義，同時特別注意不要將圖象純數(shù)學(xué)化. 內(nèi)容總結(jié)