人教版高考物理一轮复习第1章实验1探究小车速度随时间变化的规律PPT课件

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一、实验目的1.练习使用打点计时器,学会通过纸带上的点研究物体的运动情况。2.会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度。3.利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车运动的v-t图像,根据图像求加速度。二、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。
三、实验原理1.打点计时器原理
2.匀变速直线运动的分析(1)利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法。沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1,x2,x3,x4,…,xn,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=xn-xn-1,则说明物体做匀变速直线运动。(2)速度的求解方法。
四、实验步骤1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使有滑轮的一端伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路。
2.把一条细绳拴在小车上,细绳绕过滑轮,下边挂上合适的钩码,将纸带穿过打点计时器,固定在小车的后面。实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行。3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,后放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带,重复三次。
五、数据处理1.由实验数据得出v-t图像(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,以后依次每五个点取一个计数点,确定好计数开始点,并标明0、1、2、3、4、…,测量各计数点到0点的距离x,并填入表中。
(2)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得小车在各计数点1、2、3、4、…的瞬时速度,填入上面的表格中。(3)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中描点。(4)根据描点作一条直线,使尽量多的点落到这条直线上,落不到直线上的各点尽可能均匀分布在直线的两侧,如图所示。
2.由实验得出的v-t图像分析小车运动的速度随时间变化的规律  (1)若小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值Δt,速度也会增加相同的值Δv时,可以得出结论:小车的速度随时间均匀变化。(2)既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,所以小车的速度随时间均匀变化。
六、注意事项1.平行:纸带、细绳要和长木板平行。2.靠近:释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。3.先后顺序:实验时应先接通电源,后释放小车;一次实验结束时先断开电源,后取下纸带。4.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地和小车与滑轮碰撞。5.减小误差:细绳的另一端挂的钩码个数要适当,避免速度过大而使纸带上打的点太少,或者速度太小使纸带上打的点过于密集。6.纸带选取:选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。
7.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条平滑曲线,让尽量多的点落到这条曲线上,落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧。
七、误差分析1.纸带运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起误差。所以安装时纸带、细绳要与长木板平行,同时选择符合要求的交变电源的电压及频率。2.测量纸带误差,为减小误差,舍弃点密集部分,适当选取计数点。3.纸带上计数点间距测量有偶然误差,故要多测几组数据,以尽量减小误差。4.用作图法作出的v-t图像不是一条直线。为此在坐标纸上描点时,纵、横轴选取合适的单位,描点连线时,不能连成折线,让各点尽量落到曲线上,落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧。
【例1】 某同学用如图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,回答下列问题:
(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,在下列器材中,必须使用的有________ (填选项代号)。 A.电压合适的50 Hz交变电源　B.电压可调的直流电源　C.停表　D.刻度尺　E.天平　F.重锤　G.弹簧测力计　H.滑动变阻器(2)如果小车做匀加速直线运动,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____________。 
x3-x2=x2-x1(或2x2=x1+x3)
特别提醒1.计时点和计数点(1)计时点和计数点的比较。计时点是打点计时器打在纸带上的实际点,如果所用电源频率为50 Hz,则两相邻计时点间的时间间隔为0.02 s;计数点是人们根据需要按一定的个数选择的点,两个相邻计数点间的时间间隔由选择的点的个数而定,如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点,时间间隔都是0.1 s。(2)纸带上相邻的两点的时间间隔均相同,速度越大,纸带上的计数点越稀疏。2.纸带上点的意义(1)反映和纸带相连的物体在不同时刻的位置。(2)通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运动情况。(3)可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。
【例2】 在做研究匀变速直线运动的实验时,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,电火花计时器接220 V、50 Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度,见下表。
(1)设电火花计时器打点的周期为T,计算vF的式子为vF=____________。(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在如图所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像。 
(3)利用该图像求得物体的加速度a=____________ m/s2(结果保留2位有效数字)。 (4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值将____________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
(3)图像斜率大小等于加速度大小,故
(4)打点计时器的打点频率与交变电源的频率相同,电源电压降低不改变打点计时器的打点周期,所以测量结果不受影响。
规律总结1.运动性质的判断:看相邻计数点间的距离特点。2.瞬时速度的求解采用平均速度法求某一点的瞬时速度。3.加速度的求解v-t图像法;推论法(Δx=aT2);逐差法。
实验操作。 (1)传感器系统由A、B两个小盒子组成,A盒装有红外线发射器和超声波发射器,B盒装有红外线接收器和超声波接收器。A盒固定在被测的运动物体上,B盒固定在桌面或滑轨上。(2)A向右运动,A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲(持续时间很短的一束红外线和一束超声波),从B收到红外线脉冲开始计时,B收到超声波脉冲时停止计时,设记录的时间为t1。
(3)经过短暂的时间Δt后,A向B再次发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲,从B收到红外线脉冲开始计时,B收到超声波脉冲停止计时,设记录的时间为t2。
【例3】 借助运动传感器,可用计算机测出物体运动的速度。如图所示,传感器系统由两个小盒子A、B组成,A盒装有红外线发射器和超声波发射器,它装在被测物体上,每隔0.3 s可同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲;B盒装有红外线接收器和超声波接收器,B盒收到红外线脉冲时开始计时(红外线的传播时间可以忽略不计),收到超声波脉冲时停止计时。在某次测量中,B盒记录到的连续两个超声波脉冲传播的时间分别为0.15 s和0.155 s,声速取340 m/s。(1)简要分析:A盒运动方向是背离B盒还是靠近B盒?(2)该物体运动的速度为多少?
答案:(1)A盒运动方向是背离B盒(2)5.7 m/s
【例4】 某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、数字计时器。
实验步骤如下:①如图甲所示,将光电门固定在斜面下端附近,将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑。②当滑块上的挡光片经过光电门时,用数字计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt。③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度(如图乙所示),v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小,求出v。④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②③。⑤多次重复步骤④。
⑥利用实验中得到的数据作出v-Δt图,如图丙所示。
完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则v与vA、a和Δt的关系式为v=_________________。(2)由图丙可求得vA=__________cm/s,a=__________cm/s2。(结果保留3位有效数字) 
1.(2020·山东济南三模)如图甲所示,点光源位于S,右侧为竖直放置屏幕的横截面,P点位于S与屏幕之间中点,且SP连线垂直于屏幕。让一个小球从P点由静止释放,光照射小球在屏幕上形成影子,影子在屏幕上的移动情况被数码相机用连拍功能拍摄下来。图乙为拍摄到影子下落过程中的部分图像,已知该数码相机每秒拍摄10次,空气阻力忽略不计。
(1)影子运动至位置C时的速度为____________ m/s;此时小球的速度为____________ m/s。(保留两位有效数字) (2)若影子的v-t图像如图丙所示,可求得当地重力加速度g=____________ (用字母表示)。 
2.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、一根有荧光刻度的刻度尺、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用竖直放置的刻度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,频闪仪的闪光频率与水滴滴落的频率满足的条件是__________________________________。 (2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz,某同学读出其中比较远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):__________________。 
频闪仪频率等于水滴滴落的频率
存在空气阻力或水滴滴落的频率不恒定
解析:(1)后一水滴经过一个频闪间隔运动到前一水滴的位置,可看到一串仿佛固定不动的水滴,即频闪仪频率等于水滴滴落的频率时,水滴仿佛不动。
(3)存在空气阻力会对水滴的运动产生影响,水滴滴落的频率不恒定也会对实验产生影响。
3.(2020·安徽四校联考)下图为某中学物理课外学习小组设计的测定当地重力加速度的实验装置,他们的主要操作如下:
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,用数字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固定光电门B的位置不变,改变光电门A的高度,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图像。
请根据实验,回答如下问题:(1)设小铁球到达光电门B时的速度为vB,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vB、g和t表示)。(2)实验测得的数据如下表:
请在坐标纸上画出v-t图像。(3)根据v-t图像,可以求得当地重力加速度g=____________ m/s2,试管夹到光电门B的距离约为____________ cm。(以上结果均保留三位有效数字)