2022届高考物理一轮复习第一章运动的描述匀变速直线运动第5课时研究匀变速直线运动学案.docx
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1、第5课时研究匀变速直线运动把握经典实验方案一、实验目的1练习正确使用打点计时器,学会利用打点纸带研究物体的运动。2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法xaT2。3掌握使用速度时间图像求加速度的方法。4掌握使用逐差法计算匀变速直线运动加速度的方法。二、实验原理1实验原理图2打点计时器(1)电磁打点计时器:6 V以下交流电源。(2)电火花计时器:220 V交流电源。(3)当所用交流电源的频率f50 Hz时,每隔0.02 s打一次点。若交流电的频率变化,对应打点时间间隔也会发生变化。3处理纸带数据时区分计时点和计数点计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点,要
2、注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的,时间间隔均为0.1 s。4匀变速直线运动的判断(1)若物体在连续相等时间T内的位移之差x为一恒量,即xaT2,则物体做匀变速直线运动。(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度,作出物体运动的vt图像,若图像是一条倾斜的直线,则物体做匀变速直线运动。5由纸带计算某点的瞬时速度根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度vn来计算。三、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。四、实验步骤1按照实验原理图所示实验装置,把打点计时
3、器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源。2把一细绳系在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面。3把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源后放开小车。4小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带。5换纸带重复实验三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。五、数据处理利用纸带求物体加速度的两种方法:(1)逐差法根据x4x1x5x2x6x33aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔),求出a1,a2,a3,然后取平均值,即,即为物体的加速度。在数据处理时可以对纸带重新分段,把6段距离分为“前三”和“后三”,“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内的位移差,时间间隔为3T。(2
4、)图像法利用vn求出打各点时纸带的瞬时速度,然后作出vt图像,用vt图像的斜率求物体运动的加速度。融通多彩实验方案1鲁科版新教材测量小车的瞬时速度实验装置图要点解读(1)本实验小车沿倾斜木板加速运动的动力是小车重力沿斜面向下的分力。(2)本实验可避免因细绳与木板不平行引起的误差。2粤教版新教材测量沿斜面运动小车的瞬时速度实验装置图实验原理及数据处理方法与鲁科版新教材实验类似。归纳共性实验关键1不变的实验原理用小车拖着一条纸带加速运动,通过分析纸带上的点记录的信息计算小车运动速度及变化规律。2必备的实验器材长木板、打点计时器、纸带、小车、U形夹、毫米刻度尺。3通用的数据处理方法(1)计数周期T5
5、0.02 s0.1 s。(2)计数点的速度vn。(3)加速度的计算方法:逐差法、图像法。4共同的注意事项(1)实验中先接通电源,后让小车运动,实验完毕应先断开电源后取纸带。(2)小车到达长木板末端前应让小车停止运动,防止小车落地和小车与滑轮相撞。(3)选纸带时应选点迹清晰的,且舍去打点密集部分。(4)注意区别计时点和计数点,明确计数点间的时间间隔。(5)作图像时,纵、横坐标轴单位的选取要适当,同时注意连线的原则。5误差分析的一般思路(1)木板的粗糙程度不同引起的误差。(2)电源频率不稳引起的误差。(3)测量纸带上的打点位移有误差。(4)在坐标纸上描点、作图时引起误差。考法一实验原理与操作1在“
6、探究小车速度随时间变化规律”实验中:(1)某同学采用如图甲所示的装置进行试验,_平衡摩擦力,_测量小车的质量。(均选填“需要”或“不需要”)(2)该同学在研究小车运动时实打出了一条纸带,如图乙所示。在纸带上,连续5个点为一个计数点,相邻两个计数点之间的距离见下表,并画出对应的图线(其中横坐标数值表示第几个0.1 s,纵坐标对应该0.1 s内物体的位移)如图丙所示,则小车的速度随时间_(选填“是”或“不是”)均匀变化;整个过程中小车的平均加速度为_m/s2。(保留两位有效数字)时间t/0.1 s123456相邻计数点的距离xn/cm1.452.453.464.445.456.46解析:(1)由题
7、意知,本实验的目的是探究小车速度随时间变化规律,故不需要平衡摩擦力,也不需要测量小车的质量。(2)由题图知,小车的速度随时间是均匀变化的;由x6x15aT2,解得加速度a1.0 m/s2。答案:(1)不需要不需要(2)是1.02(1)某同学用电磁打点计时器测匀变速直线运动的加速度,电磁打点计时器的工作电源为_。A220 V交流电 B6 V以下交流电C220 V直流电 D6 V以下直流电(2)实验中打点计时器每隔0.02 s打一个点,打出的纸带如图所示,则可大致判断小车做_(填“匀速”或“匀变速”)直线运动,这是因为_;计算小车的加速度大小a_m/s2(保留两位有效数字)。解析:(1)电磁打点计
8、时器使用的是46 V的低压交流电,B正确。(2)相邻计数点间的距离之差x30 mm,可知小车做匀变速直线运动。这是因为两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定;根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可得小车运动的加速度计算表达式为a,由于相邻计数点间仍有四个点,因此相邻计数点时间间隔为T0.1 s;代入数据,解得a m/s23.0 m/s2。答案:(1)B (2)匀变速两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定3.0考法二数据处理和误差分析3在利用打点计时器做“研究匀变速直线运动”的实验中,图甲所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。
9、(1)根据纸带可判定小车做_运动。(2)根据纸带计算各点瞬时速度:vD_m/s,vC_m/s,vB_m/s。在图乙所示的坐标系中作出小车的vt图像,并根据图线求出a_。(3)将图线延长与纵轴相交,交点的速度不为零,此速度的物理意义是_。解析:(1)根据纸带提供的数据可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm,故小车做匀加速直线运动。(2)根据v可知:vD m/s3.90 m/s,vC m/s2.64 m/s,vB m/s1.38 m/s,描点连线得vt图像如图所示。根据图线斜率知a12.60 m/s2。(3)图线与纵轴交点表示零时刻小车经过A点的速度。答案:(1)匀加速直线(2)
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