第四讲 实验：探究匀变速直线运动的规律-2023年高三物理一轮复习精讲精练

第四讲 实验：探究匀变速直线运动的规律 · 知识梳理 一、打点计时器 1.作用：计时仪器，当所用交变电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s打一次点． 2.结构 (1)电磁打点计时器：6V交变电源 (2)电火花计时器：220V交变电源 二、实验：探究小车速度随时间变化的规律 1.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、槽码、刻度尺、导线、交变电源． 2.实验过程 (1)按照实验装置，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，下端挂合适的槽码，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)更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． 3.数据处理 (1)求物体的速度与加速度 ①利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝. ②利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝＝. ③利用速度—时间图像求加速度 a.作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度； b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度． (2)依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 ①x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离． ②Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…. ③若Δx等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动． ④Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等． 4．注意事项 (1)平行：纸带、细绳要与长木板平行． (2)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带． (3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞． (4)减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜． (5)小车从靠近打点计时器位置释放． 5.误差分析 (1)纸带运动时摩擦力不均匀，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． · 知识训练 考点一、教材原型实验 处理数据应注意的四点 (1)时间间隔:“相邻两个计数点间有四个点”或“每5个点取一个计数点”的含义:相邻计数点间的时间间隔为0.1 s(50 Hz交流电源)。 (2)单位换算:本实验长度测量数据一般是“厘米”,要换算成“米”。 (3)有效数字:按有效数字的要求取计算结果。 (4)准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位,仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧 例1、(2019·全国卷Ⅰ·22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是_____点．在打出C点时物块的速度大小为_____ m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________ m/s2(保留2位有效数字)． 例2、(2021·山东滨州检测)如图所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的频率f=50 Hz，其中s1=7.05 cm，s2=7.68 cm，s3=8.33 cm，s4=8.95 cm，s5=9.61 cm，s6=10.26 cm。 (1)下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。(结果保留3位有效数字) 位置 B C D E F 速度/(m·s-1) 0.737 0.801 0.994 (2)以A点为计时起点,在坐标图中画出小车的速度—时间图线。 (3)根据画出的速度—时间图线计算出小车的加速度a=　　　 m/s2。(结果保留2位有效数字)  (4)如果当时电源中交变电流的频率是f=49 Hz,而做实验的同学并不知道,由此引起的误差将使加速度的测量值比实际值偏　　　　(选填“大”或“小”)。  · 课堂随练 训练1、(2022·海南省一模)某实验小组研究小车匀变速直线运动规律的实验装置如图甲所示，打点计时器的工作频率为50 Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示，相邻两个计数点之间还有四个计时点未标出。 (1)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s。 (2)计数点3对应的瞬时速度大小计算式