2020版高考物理复习：实验测量做直线运动物体的瞬时速度(共32张PPT) PPT 课件

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4.(2017·全国卷Ⅱ)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、光电计时器。
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实验步骤如下: ①如图(a),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,用光电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(b)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中位置 相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②、③; ⑤多次重复步骤④;
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三、实验原理 1.打点计时器原理
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2.用“平均速度法”求速度
瞬时速度没法直接测量,因此根据极限的思想,要测量某点的瞬
时速度,可通过测量对应的很短时间内的平均速度来测瞬时速度。
在公式
v=������
������
中,当Δt→0时v是瞬时速度。
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四、实验步骤 1.按照实验原理图,把打点计时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,下端挂适量的钩码,纸带 穿过打点计时器,固定在小车后面; 3.把小车停靠在打点计时器处,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.换纸带反复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
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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.准确作图。 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。 2.计数点间距测量有偶然误差。 3.作图有误差。
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方法二 用光电门、光电计数器测瞬时速度 光电门测速原理是把物体通过光电门的时间内认为物体做匀速 直线运动,利用极短时间的平均速度替代瞬时速度,因此,只要测出 物体的宽度和物体通过光电门的时间即可测定物体的速度。 方法三 用频闪照相法测瞬时速度 利用频闪照相拍摄运动物体在不同时刻的位置,再根据照片和实 物的比例推算出照片中不同时刻物体位置间的位移,根据运动学公 式测得物体的速度。
(3)由于小车做匀加速运动,所以相邻相等时间内的位移差是恒定的,
由Δs=at2得x2-x1=x3-x2,小车的加速度
a=������
4
+������3-������2 4������2
-������
1
,代入数据可得
a=1.13 m/s2;
(4)如果实际电源频率低于50 Hz,则周期偏大,计算时还用0.02 s,计
大于0.02
s,由v=
������ ������
可知实际计算中时间t偏小,则测出的速度值将比
真实值大。
(2)每两个计数点之间的时间间隔T=0.10 s。
根据匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平
均速度,可以求出打下2、4点时小车瞬时速度的大小。
v2=(17.962-4×.008.1)×10-2 m/s=0.694 m/s
时器和
计时器两种,它们所接电源均为频率为50 Hz的
交流电源,但前者所接的电源电压为
V,后者所接的电源
电压为
V,振针每隔
s打下一点。现在使用
打点计时器测定物体的速度,当电源频率低于50 Hz时,若仍按照50
Hz计算,则测出的速度值将比真实值
。
(2)某同学在用小车做“测定直线运动的瞬时速度”实验时,从打出
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命题点一 命题点二
解析 (1)打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定时
间间隔内位移的仪器,目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时
器和电火花计时器两种,它们所接电源均为频率为50 Hz的交流电
源,但前者所接的电源电压为4~6 V,后者所接的电源电压为220 V,
振针每隔0.02 s打下一点,当电源频率低于50 Hz时,打点时间间隔T
算用的周期偏小,由a=
������������ ������2
,得测得的加速度偏大。
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3.(2019·山东烟台高三上学期期中)如图所示为某实验小组研究匀
变速直线运动所得的一条纸带,已知所用电源的频率为50 Hz,纸带
上的计数点为每5个点取一个计数点,则可知相邻两计数点间的时
间间隔Δt=
s,若测得计数点0、1之间的距离为1.20 cm,
cm,x3=5.88 cm,x4=7.01 cm,小车的加速度是
m/s2(计算结
果保留三位有效数字)。
(4)如果实际电源频率低于50 Hz,则加速度的计算结果比实际
(选填“偏大”“不影响”或“偏小”)。
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答案 (1)AD (2)AD (3)x2-x1=x3-x2 (4)1.13 m/s2 (5)偏大
图(a)
图(b)
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命题点一 命题点二
(1)由图(b)可知,小车在桌面上是
(填“从右向左”
或“从左向右”)运动的。
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车
运动到图(b)中A点位置时的速度大小为
m/s,加速度大小为
m/s2。(结果均保留2位有效数字)
答案:(1)从右向左 (2)0.19 0.037
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命题点一 命题点二
基本实验仪器及数据处理 1.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 时刻的瞬时速度来计算,即vn=������������-21���体加速度的两种方法 (1)逐差法:如图所示
a1=������34���-������2���1,a2=������35���-������2���2,a3=������36���-������2���3⇒a=������1+���3���2+������3
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根据实验数据分析,该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下
列问题:
(1)在打点计时器打出B点时,物块的速度大小为 m/s。在打出
D点时,物块的速度大小为
m/s;(保留两位有效数字)
(2)物块的加速度大小为
m/s2。(保留两位有效数字)
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答案 (1)0.56 0.96 (2)2.0
解析 (1)根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平
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命题点一 命题点二
创新实验 测量瞬时速度的方法很多,测量工具主要有两类:一类是计时工具, 一类是测距工具。除了现教材讲的用的打点计时器及教材提到的 频闪照相、光电门法外,还有很多方法。因此,要在夯实基础实验 的基础上注意迁移、创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、 方法和技巧处理新问题。
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2.(2018·辽宁沈阳期中)某人用如图甲所示的实验装置研究匀变速直 线运动。安装调整好实验器材后,让小车拖着纸带运动,打点计时器 在纸带上打下一系列小点,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,取几个计数点,如图乙中a,b,c,d,e点。测出x1、 x2、x3、x4。
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计数点5、6之间的距离为4.7 cm,则可求得加速度a=
m/s2。
答案 0.1 0.70
解析 相邻两计数点间的时间间隔Δt=5×0.02 s=0.1 s;根据Δx=aT2
可解得: a=������556���-������2���01
=
(4.70-1.20)×10-2 5×0.12
m/s2=0.70 m/s2
m/s,a=(150+1334-×8323-1s002)×10-3 m≈0.037 m/s2。
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命题点一 命题点二
本题的创新点是利用滴水计时器代替打点计时器,根据水滴的位置 分布情况分析小车的运动状态,并求解瞬时速度和加速度。
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1.某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。 物块放在桌面上,细绳的一端与物块相连,另一端跨过滑轮挂上钩 码。打点计时器固定在桌面左端,所用交流电源频率为50 Hz。纸 带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器,释放物块,物 块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图(b) 所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。
实验1 测量做直线运动物体的 瞬时速度
方法一 用打点计时器测瞬时速度 一、实验目的 1.练习使用打点计时器,学会通过纸带上的点测瞬时速度。 2.研究物体做匀变速直线运动的规律。 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。
结合上述实验步骤,请你继续完成下列任务:
(1)(多选)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
(填选项前字母)。
A.电压合适的50 Hz交流电源
B.电压可调的直流电源
C.秒表
D.刻度尺
E.天平
F.重锤
G.弹簧测力计
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=
(������4+������5+������6)-(������1+������2+������3) 9������2
(2)图象法:v-t图象的斜率即为加速度。
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命题点一 命题点二
典例1(1)打点计时器是一种使用交流电源记录运动物体在一定
时间间隔内位移的仪器,目前实验室用的打点计时器有电磁打点计
v4=(9.92+21×1.08.51)×10-2 m/s=1.09 m/s