資源簡介

(共25張PPT)
實驗一　研究勻變速直線運動
必備知識·自主排查
關鍵能力·分層突破
必備知識·自主排查
一、基本原理與操作
原理裝置圖 操作要領
注意：(1)不需要平衡摩擦力． (2)不需要滿足懸掛鉤碼的質量遠小于小車的質量． (1)安裝：固定好實驗器材，并連接好電路；
(2)平行：細繩、紙帶與長木板平行；
(3)靠近：小車釋放前，應靠近打點計時器的位置；
(4)先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶；
(5)防撞：小車到達滑輪前讓其停止運動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞；
(6)適當：懸掛鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集
二、數據處理與分析
1．由紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法
如圖所示，0，1，2，…為時間間隔相等的各計數點，x1，x2，x3，x4，…為相鄰兩計數點間的距離，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動．
2．由紙帶求物體運動速度的方法
根據勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度，即vn＝.
3．利用紙帶求物體加速度的兩種方法
(1)用“逐差法”求加速度
先根據x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰兩計數點間的時間間隔)求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出平均值，即a＝.
(2)用圖象法求加速度
先根據vn＝求出所選的各計數點對應的瞬時速度，再作出v t圖象，圖象的斜率即物體運動的加速度．
誤差分析
(1)使用刻度尺測計數點的距離時有誤差．
(2)作v t圖象時出現作圖誤差．
(3)電源頻率不穩定，造成打點的時間間隔不完全相同．
(4)長木板表面粗糙程度不同，小車運動時加速度有變化造成誤差．
認識“兩種儀器”
(1)作用：計時儀器，接頻率為50 Hz的交變電流，每隔0.02 s打一個點．
（2）工作條件
區別“兩種點”
(1)計時點和計數點
計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02 s；計數點是人們根據需要選擇一定數目的點，兩個相鄰計數點間的時間間隔由選擇點的規則而定．
(2)紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計時點越稀疏．
關鍵能力·分層突破
考點一　教材原型實驗
例1.用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規律．
主要實驗步驟如下：
a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復幾次．
b.選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O(即t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示．
c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……
d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示．
綜合上述實驗步驟，請你完成下列問題
(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有______和______．
A．電壓合適的50 Hz的交流電源
B．電壓可調的直流電源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平(含砝碼)
(2)在圖3中已標出計數點A、B、D、E對應的坐標點，
請在該圖中標出計數點C對應的坐標點，并畫出v - t的圖象．
A
C
(3)觀察v -t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，
其依據是_________________________________________，
v -t圖象斜率的物理意義是_________________．
(4)描繪v-t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度表示各計數點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是___________(選填“越小越好”或“與大小無關”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關”或“無關”)．
v-t圖象是傾斜的直線，說明小車速度隨時間均勻變化
表示加速度
越小越好
有關
解析：（1）打點計時器使用的是交流電源，故選A，不選B；相鄰點間的時間是已知的，故不選D；計數點間的距離需要用刻度尺測量，故選C；由于不需要知道小車和重物的質量，故不需要天平（含砝碼），故不選E.（2）連線時要讓盡量多的點在一條直線上．（3）可以依據v t圖象是傾斜的直線（斜率一定），即小車的速度隨時間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運動；v t圖線的斜率表示加速度．（4）嚴格地講，表示的是Δt內的平均速度，只有當Δt趨近于0時，才表示瞬時速度，因此若用表示各計數點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從實驗的角度看，選取的Δx越小，用計算得到的平均速度越接近計算點的瞬時速度，但Δx過小，測量誤差會增大，因此選取的Δx大小與速度測量的誤差有關．
跟進訓練
1.[2022·河南二模]某同學用圖甲所示的裝置探究小車速度隨時間變化的關系，實驗中得到一條紙帶如圖乙所示，A、B、C、D、E為選取的五個計時點，相鄰兩計時點之間還有4個點沒有畫出，已知打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，請你通過觀察和測量，完成下列問題．
(1)圖乙中的紙帶________端與小車相連(選填“左”或“右”)；
(2)打點計時器打C點時，小車的運動速度v＝________ m/s；
(3)小車運動的加速度a＝________ m/s2.(上述計算結果均保留兩位有效數字)
左
0.41
0.93
2．某同學利用如圖甲所示裝置研究勻變速直線運動規律．某次實驗通過電磁打點計時器打出紙帶的一部分如圖乙所示，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，每兩個相鄰計數點間有4個計時點沒有畫出，打點計時器所接交流電源頻率為50 Hz.分別測出A點到B、C、D、E點之間的距離x1、x2、x3、x4，以打A點作為計時起點，算出小車位移與對應運動時間的比值，并作出 t圖象如圖丙所示．
(1)實驗中，下列措施必要的是________(填正確答案標號)．
A．打點計時器接220 V的交流電源 B．平衡小車與長木板間的摩擦力
C．細線必須與長木板平行 D．小車的質量遠大于鉤碼的質量
(2)由圖丙求出小車的加速度a＝________，打A點時小車的速度vA＝________ m/s.(結果均保留兩位有效數字)
C
5.0
0.40
解析：（1）電磁打點計時器接4～6 V的交流電源，A錯誤；實驗研究勻變速直線運動規律，故不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，也不需要滿足小車的質量遠大于鉤碼的質量，B、D錯誤；細線必須與長木板平行，C正確．
（2）由x＝v0t＋at2得＝v0＋at，由題圖丙知，vA＝v0＝0.40 m/s，a＝k＝2.5 m/s2，解得a＝5.0 m/s2.
考點二　拓展創新實驗

例2.如圖甲，將長直木板B支成斜面，擋光片P固定在小車C的前端，光電門G固定在木板的側面A處．讓小車在斜面上的同一位置O由靜止釋放，分別測得寬度Δx為2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm不同擋光片的擋光時間Δt(每次實驗時擋光片的前沿均與小車的前端對齊)，并計算出各次擋光片通過光電門的平均速度，畫出 -Δt圖象如圖乙．
(1)實驗中擋光片的寬度是多少時，求得的速度最接近小車過A點時的瞬時速度(　　)
A．2 cm　　B．6 cm C．10 cm　　D．8 cm
(2)小車前端過A處的瞬時速度大小為________ m/s.
(3)小車的加速度大小為________ m/s2.
A
0.380
0.736
解析：（1）根據＝得擋光片寬度越小，越接近小車過A點時的瞬時速度，故選A.
（2）圖象與縱坐標的交點為A點的速度大小，因此根據圖象有vA＝0.380 m/s.
（3）根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，可得擋光片通過光電門的平均速度＝vA＋aΔt，在 Δt圖象中，圖象的斜率大小等于物體的加速度的，則有
＝k＝＝m/s2＝0.368 m/s2，
解得a＝0.736 m/s2.
跟進訓練
3．某實驗小組利用手機的錄像功能拍下小球在斜面上做勻加速直線運動的過程．為便于記錄小球各個時刻在斜面上的位置，將錄像中時間間隔為T的連續7幅畫面合成到同一張圖中，示意如圖．依次測得小球各相鄰位置間的距離為x1、x2、x3、x4、x5、x6.
(1)寫出小球在位置1的速度表達式________________．
(2)要求充分利用測量數據，
寫出小球運動過程中的加速度表達式________________________．
(3)在測量小球相鄰位置間距時由于實驗者讀數產生的誤差是________誤差．(填“偶然”或“系統”)
偶然
解析：
（1）勻變速直線運動中某段時間內，中間時刻的速度等于該段時間的平均速度，所以小球在1位置的速度為v1＝.
（2）題中要求充分利用數據，可利用逐差法求解加速度，有（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）＝a（3T）2，解得加速度為a＝.（3）讀數產生的誤差是人為因素造成的，屬于偶然誤差．
4．[2022·廈門一模]小敏同學在暗室中用圖甲裝置做“測定重力加速度”的實驗，用到的實驗器材有：分液漏斗、閥門、支架、接水盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀．具體實驗步驟如下：
①在分液漏斗內盛滿清水，旋松閥門，讓水滴以一定的頻率一滴滴落下；
②用頻閃儀發出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調節頻閃儀的頻率，當頻率為30 Hz時，第一次看到一串仿佛固定不動的水滴；
③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度；
④處理數據，得出結論；
(1)水滴滴落的頻率為________ Hz.
(2)小敏同學測得連續相鄰的五個水滴之間的距離如圖乙所示，根據數據計算當地重力加速度g＝__________；D點處水滴的速度vD＝__________ m/s.(結果均保留三位有效數字)
30　
9.74　
2.61
解析：（1）由于頻率由大到小逐漸調節，第一次看到一串仿佛固定不動的水滴，說明閃光的時間間隔等于水滴滴落的時間間隔，因此水滴滴落的頻率為30 Hz.
（2）用逐差法求重力加速度
D點處的速度等于CE段的平均速度，因此實驗一　研究勻變速直線運動
必備知識·自主排查
一、基本原理與操作
原理裝置圖 操作要領
注意：(1)不需要平衡摩擦力． (2)不需要滿足懸掛鉤碼的質量遠小于小車的質量． (1)安裝：固定好實驗器材，并連接好電路； (2)平行：細繩、紙帶與長木板平行； (3)靠近：小車釋放前，應靠近打點計時器的位置； (4)先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶； (5)防撞：小車到達滑輪前讓其停止運動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞； (6)適當：懸掛鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集
二、數據處理與分析
1．由紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法
如圖所示，0，1，2，…為時間間隔相等的各計數點，x1，x2，x3，x4，…為相鄰兩計數點間的距離，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動．
2．由紙帶求物體運動速度的方法
根據勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度，即vn＝.
3．利用紙帶求物體加速度的兩種方法
(1)用“逐差法”求加速度
先根據x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰兩計數點間的時間間隔)求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出平均值，即a＝.
(2)用圖象法求加速度
先根據vn＝求出所選的各計數點對應的瞬時速度，再作出v t圖象，圖象的斜率即物體運動的加速度．
誤差分析
(1)使用刻度尺測計數點的距離時有誤差．
(2)作v t圖象時出現作圖誤差．
(3)電源頻率不穩定，造成打點的時間間隔不完全相同．
(4)長木板表面粗糙程度不同，小車運動時加速度有變化造成誤差．
認識“兩種儀器”
(1)作用：計時儀器，接頻率為50 Hz的交變電流，每隔0.02 s打一個點．
（2）工作條件
區別“兩種點”
(1)計時點和計數點
計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02 s；計數點是人們根據需要選擇一定數目的點，兩個相鄰計數點間的時間間隔由選擇點的規則而定．
(2)紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計時點越稀疏．
關鍵能力·分層突破
考點一　教材原型實驗
例1.用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規律．
主要實驗步驟如下：
a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復幾次．
b.選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O(即t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示．
c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……
d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示．
綜合上述實驗步驟，請你完成下列問題
(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有______和______．
A．電壓合適的50 Hz的交流電源
B．電壓可調的直流電源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平(含砝碼)
(2)在圖3中已標出計數點A、B、D、E對應的坐標點，請在該圖中標出計數點C對應的坐標點，并畫出v t的圖象．
(3)觀察v t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據是________________，v t圖象斜率的物理意義是________________________________________________________________________．
(4)描繪v t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度表示各計數點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________________(選填“越小越好”或“與大小無關”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關”或“無關”)．
跟進訓練
1.[2022·河南二模]某同學用圖甲所示的裝置探究小車速度隨時間變化的關系，實驗中得到一條紙帶如圖乙所示，A、B、C、D、E為選取的五個計時點，相鄰兩計時點之間還有4個點沒有畫出，已知打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，請你通過觀察和測量，完成下列問題．
(1)圖乙中的紙帶________端與小車相連(選填“左”或“右”)；
(2)打點計時器打C點時，小車的運動速度v＝________ m/s；
(3)小車運動的加速度a＝________ m/s2.(上述計算結果均保留兩位有效數字)
2．某同學利用如圖甲所示裝置研究勻變速直線運動規律．某次實驗通過電磁打點計時器打出紙帶的一部分如圖乙所示，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，每兩個相鄰計數點間有4個計時點沒有畫出，打點計時器所接交流電源頻率為50 Hz.分別測出A點到B、C、D、E點之間的距離x1、x2、x3、x4，以打A點作為計時起點，算出小車位移與對應運動時間的比值，并作出 t圖象如圖丙所示．
(1)實驗中，下列措施必要的是________(填正確答案標號)．
A．打點計時器接220 V的交流電源
B．平衡小車與長木板間的摩擦力
C．細線必須與長木板平行
D．小車的質量遠大于鉤碼的質量
(2)由圖丙求出小車的加速度a＝________，打A點時小車的速度vA＝________ m/s.(結果均保留兩位有效數字)
考點二　拓展創新實驗
例2.如圖甲，將長直木板B支成斜面，擋光片P固定在小車C的前端，光電門G固定在木板的側面A處．讓小車在斜面上的同一位置O由靜止釋放，分別測得寬度Δx為2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm不同擋光片的擋光時間Δt(每次實驗時擋光片的前沿均與小車的前端對齊)，并計算出各次擋光片通過光電門的平均速度，畫出 Δt圖象如圖乙．
(1)實驗中擋光片的寬度是多少時，求得的速度最接近小車過A點時的瞬時速度(　　)
A．2 cm　　B．6 cm C．10 cm　　D．8 cm
(2)小車前端過A處的瞬時速度大小為________ m/s.
(3)小車的加速度大小為________ m/s2.
跟進訓練
3．某實驗小組利用手機的錄像功能拍下小球在斜面上做勻加速直線運動的過程．為便于記錄小球各個時刻在斜面上的位置，將錄像中時間間隔為T的連續7幅畫面合成到同一張圖中，示意如圖．依次測得小球各相鄰位置間的距離為x1、x2、x3、x4、x5、x6.
(1)寫出小球在位置1的速度表達式________________．
(2)要求充分利用測量數據，寫出小球運動過程中的加速度表達式________________．
(3)在測量小球相鄰位置間距時由于實驗者讀數產生的誤差是________誤差．(填“偶然”或“系統”)
4．[2022·廈門一模]小敏同學在暗室中用圖甲裝置做“測定重力加速度”的實驗，用到的實驗器材有：分液漏斗、閥門、支架、接水盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀．具體實驗步驟如下：
①在分液漏斗內盛滿清水，旋松閥門，讓水滴以一定的頻率一滴滴落下；
②用頻閃儀發出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調節頻閃儀的頻率，當頻率為30 Hz時，第一次看到一串仿佛固定不動的水滴；
③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度；
④處理數據，得出結論；
(1)水滴滴落的頻率為________ Hz.
(2)小敏同學測得連續相鄰的五個水滴之間的距離如圖乙所示，根據數據計算當地重力加速度g＝__________；D點處水滴的速度vD＝__________ m/s.(結果均保留三位有效數字)
實驗一　研究勻變速直線運動
關鍵能力·分層突破
例1　解析：（1）打點計時器使用的是交流電源，故選A，不選B；相鄰點間的時間是已知的，故不選D；計數點間的距離需要用刻度尺測量，故選C；由于不需要知道小車和重物的質量，故不需要天平（含砝碼），故不選E.（2）連線時要讓盡量多的點在一條直線上．（3）可以依據v t圖象是傾斜的直線（斜率一定），即小車的速度隨時間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運動；v t圖線的斜率表示加速度．（4）嚴格地講，表示的是Δt內的平均速度，只有當Δt趨近于0時，才表示瞬時速度，因此若用表示各計數點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從實驗的角度看，選取的Δx越小，用計算得到的平均速度越接近計算點的瞬時速度，但Δx過小，測量誤差會增大，因此選取的Δx大小與速度測量的誤差有關．
答案：（1）A　C?。?）如圖所示
?。?）v?t圖象是傾斜的直線，說明小車速度隨時間均勻變化　表示加速度?。?）越小越好　有關
1．解析：（1）圖乙中的紙帶從左到右間距逐漸增加，可知左端與小車相連；
（2）兩計時點間的時間間隔T＝0.1 s，則打點計時器打C點時小車的運動速度v＝＝×10－2 m/s≈0.41 m/s；
（3）利用逐差法求加速度a＝＝×10－2 m/s2＝0.93 m/s2.
答案：（1）左　（2）0.41?。?）0.93
2．解析：（1）電磁打點計時器接4～6 V的交流電源，A錯誤；實驗研究勻變速直線運動規律，故不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，也不需要滿足小車的質量遠大于鉤碼的質量，B、D錯誤；細線必須與長木板平行，C正確．
（2）由x＝v0t＋at2得＝v0＋at，由題圖丙知，vA＝v0＝0.40 m/s，a＝k＝2.5 m/s2，解得a＝5.0 m/s2.
答案：（1）C　（2）5.0　0.40
例2　解析：（1）根據＝得擋光片寬度越小，越接近小車過A點時的瞬時速度，故選A.
（2）圖象與縱坐標的交點為A點的速度大小，因此根據圖象有vA＝0.380 m/s.
（3）根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，可得擋光片通過光電門的平均速度＝vA＋aΔt，在 Δt圖象中，圖象的斜率大小等于物體的加速度的，則有
＝k＝＝ m/s2＝0.368 m/s2，
解得a＝0.736 m/s2.
答案：（1）A?。?）0.380?。?）0.736
3．解析：（1）勻變速直線運動中某段時間內，中間時刻的速度等于該段時間的平均速度，所以小球在1位置的速度為v1＝.（2）題中要求充分利用數據，可利用逐差法求解加速度，有（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）＝a（3T）2，解得加速度為a＝.（3）讀數產生的誤差是人為因素造成的，屬于偶然誤差．
答案：（1）?。?）?。?）偶然
4．解析：（1）由于頻率由大到小逐漸調節，第一次看到一串仿佛固定不動的水滴，說明閃光的時間間隔等于水滴滴落的時間間隔，因此水滴滴落的頻率為30 Hz.
（2）用逐差法求重力加速度
g＝＝ m/s2≈9.74 m/s2
D點處的速度等于CE段的平均速度，因此
vD＝＝ m/s≈2.61 m/s
答案：（1）30?。?）9.74　2.61

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