高考物理一輪復習第一章　第5課時《實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律》課件

這是一份高考物理一輪復習第一章　第5課時《實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律》課件，共60頁。PPT課件主要包含了考點一實驗技能儲備，考點二探索創(chuàng)新實驗，課時精練，實驗技能儲備，工作條件，刻度尺，無滑輪，接通電源，放開小車，墨粉紙盤等內容，歡迎下載使用。
實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律
一、打點計時器1.作用：計時儀器，當所用交變電源的頻率f＝50 Hz時，每隔 s打一次點。
2.結構(1)電磁打點計時器(如圖)
(2)電火花計時器(如圖)
電磁打點計時器： 交變電源電火花計時器： 交變電源
二、實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1.實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、槽碼、 、導線、 電源。2.實驗過程(1)按照實驗裝置，把打點計時器固定在長木板 的一端，接好電源；
(2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；(3)把小車停在靠近打點計時器處，先 ，后 ；(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；(5)更換紙帶重復實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量、分析。
3.數據處理(1)求小車的速度與加速度
②利用逐差法求解平均加速度
③利用速度－時間圖像求加速度a.作出速度－時間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度；b.剪下相鄰計數點的紙帶緊排在一起求解加速度。(2)依據紙帶判斷小車是否做勻變速直線運動①x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計數點間的距離。②Δx是兩個連續(xù)相等的時間內的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。③若Δx等于恒量(aT2)，則說明小車做勻變速直線運動。④Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內的位移之差就一定相等。
4.注意事項(1)平行：紙帶、細繩要與長木板平行。(2)兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源，后取下紙帶。(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止槽碼落地及小車與滑輪相撞。(4)減小誤差：小車的加速度應適當大些，可以減小長度測量的相對誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出6、7個計數點為宜。(5)小車從靠近打點計時器位置釋放。
5.誤差分析(1)紙帶運動時摩擦力不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差。(2)計數點間距離的測量有偶然誤差。(3)作圖有誤差。
例1　某班同學利用如圖甲所示裝置“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”，電火花計時器使用的是頻率為50 Hz的交變電源。
(1)電火花計時器的工作電壓為________(選填“8 V”或“220 V”)。安裝紙帶時，需要將紙帶置于__________(選填“復寫紙”或“墨粉紙盤”)的______(選填“上方”或“下方”)。
(2)下列說法中正確的是______。A.實驗時，先釋放紙帶，再接通電源B.實驗時，先接通電源，待打點穩(wěn)定后， 再釋放紙帶
C.實驗時，先接通電源或先釋放紙帶都可以D.紙帶上打點越密集說明紙帶運動速度越大
(3)第1個實驗小組所得紙帶上打出的部分計數點如圖乙所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點，圖中未畫出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。則小車的加速度a＝_______ m/s2(要求充分利用測量的數據)，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝_______ m/s。(結果均保留兩位有效數字)
(4)第2個實驗小組計算出所得c紙帶上各計數點對應的速度后，在坐標系中描出的點如圖丙所示，請根據這些點在圖丙中作出v－t圖像，并根據圖像計算出小車運動的加速度a＝___________________ m/s2。(結果保留三位有效數字)
1.53(1.52、1.54均可)
1.實驗裝置的創(chuàng)新用頻閃照相的方法、滴水法或光電計時器、手機錄像代替打點計時器。通過以上裝置的改進能最大限度地減少因長木板和打點計時器的限位孔的阻力而導致的小車加速度不恒定，使小車盡可能做勻加速直線運動，以提高實驗的精確度。
例2　為了測定斜面上小車下滑的加速度，某實驗小組利用DIS(數字化信息系統)技術進行實驗，如圖所示。當裝有寬度為d＝2 cm的遮光條的小車經過光電門時，系統就會自動記錄擋光時間，并由相應軟件計算遮光條經過光電門的平均速度來表示瞬時速度。某次實驗中，小車從距離光電門中心為L處由靜止釋放，遮光條經過光電門的擋光時間為T＝0.04 s。
(1)計算經過光電門時小車的速度為______ m/s。
(2)試寫出計算小車下滑的加速度a的表達式：_________(用d、T和L表示)。
(3)若L＝0.5 m，則小車下滑的加速度為_______ m/s2。
由(2)中的表達式，代入數據可以得到a＝0.25 m/s2；
(4)測量計算出來的加速度比真實的加速度______(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。
例3　(2020·江蘇卷·11改編)小明同學在家自主開展實驗探究。用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測量當地的重力加速度，實驗裝置如圖甲所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實驗中下落物體的是________。
小鋼球受到的空氣阻力相比其重力很小，可近似認為做自由落體運動，故選小鋼球。
(2)下列主要操作步驟的正確順序是__________。(填寫各步驟前的序號)①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③手機固定在三腳架上，調整好手機鏡頭的位置④打開手機攝像功能，開始攝像
安裝好器材后，先固定手機調好鏡頭位置，再打開手機攝像功能進行攝像，再由靜止釋放小球，故順序是①③④②。
(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如圖乙所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為 ，刻度尺的分度值是1 mm，由此測得重力加速度為_________________ m/s2。
9.6(9.5、9.7均可)
(4)在某次實驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，________(填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度。
釋放時手晃動，導致小球的運動偏離了豎直方向，但在小球下落過程中，小球豎直分運動仍然是加速度為重力加速度g的運動，故仍能用(3)問的方法測出重力加速度。
例4　(2023·全國甲卷·23)某同學利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關數據如圖(b)所示。
(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s。以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生相應位移所用時間和平均速度分別為Δt和 ，表中ΔxAD＝_____ cm， ＝_____ cm/s。
(2)根據表中數據得到小車平均速度 隨時間Δt的變化關系，如圖(c)所示。在圖中補全實驗點。
根據第(1)小題結果補充表格和補全實驗點圖像得
(3)從實驗結果可知，小車運動的 －Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程 ＝kΔt＋b表示，其中k＝______ cm/s2，b＝______ cm/s。(結果均保留3位有效數字)
(4)根據(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝_____，小車的加速度大小a＝______。(結果用字母k、b表示)
故根據圖像斜率和縱截距可得vA＝b，a＝2k。
1.(2023·云南曲靖市模擬)某同學利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中必要的措施是________。A.長木板上方的細線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質量遠大于鉤碼的質量D.平衡小車與長木板間的摩擦力
(2)他實驗時將打點計時器接到工作頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數點如圖乙所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點未畫出)。x1＝0.96 cm，x2＝2.88 cm，x3＝4.80 cm，x4＝6.72 cm，x5＝8.64 cm，x6＝10.56 cm。則小車的加速度a＝______ m/s2，打點計時器在打F點時小車的速度v＝______ m/s。(結果均保留三位有效數字)
2.小明同學用手機拍攝視頻的方法測量木塊做勻變速直線運動的加速度，測量方法和步驟如下：(1)如圖，在長木板側面平行木板固定一刻度尺(單位為：cm)，并按圖組裝好其他器材，調節(jié)滑輪使細線與木板______。
(2)將具有高清攝像功能的手機正對長木板側面用支架固定并調試好，先固定木塊，在左邊掛上鉤碼；啟動手機錄像后，釋放木塊，讓鉤碼帶動木塊加速運動，鉤碼落地后結束錄像。
(3)在視頻編輯軟件上回放錄像，拖動時間進度條，按時間先后順序找出t1、t2、t3時刻木塊前端對應刻度尺上的刻度值分別為s1、s2、s3，其中圖中木塊前端對應的刻度值為_______________________ cm，已知t2－t1＝t3－t2＝T，則木塊的加速度大小a＝__________(用題中物理量符號表示)。
17.25(17.24、17.26也可)
3.(2022·遼寧卷·12)某同學利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶(寬度用d表示)。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時間間隔Δt。(1)除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要________(填“天平”或“刻度尺”)；
(2)該同學測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50 cm，記錄時間間隔的數據如表所示；
根據上述實驗數據，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為v3＝______ m/s(結果保留兩位有效數字)；
(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝_______________(用d、Δt1、Δt2表示)；
(4)該同學發(fā)現所得實驗結果小于當地的重力加速度，請寫出一條可能的原因：__________________________。
光柵板受到空氣阻力的作用
4.“筋膜槍”是利用內部電機帶動“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的裝備。某同學為了測量“槍頭”的沖擊頻率，如圖(a)將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對紙帶。啟動筋膜槍，松開紙帶，讓紙帶在重錘帶動下穿過限位孔，“槍頭”在紙帶上打下系列點跡。更換紙帶，重復操作，得到多條紙帶，選取點跡清晰的紙帶并舍去密集點跡，完成下列實驗內容：
(1)該同學發(fā)現點跡有拖尾現象，他在測量各點間距時，以拖尾點跡左邊為測量點，如圖(b)。①紙帶的_____(選填“左”或“右”)端連接重錘；②取重力加速度為9.8 m/s2，可算得“槍頭”的沖擊頻率為____ Hz，A點對應的速度為____ m/s；(計算結果均保留兩位有效數字)
(2)該次實驗產生誤差的原因有A.紙帶與限位孔間有摩擦力B.測量各點間的距離不精確C.“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動其中最主要的原因是_____(選填“A”“B”或“C”)。
5.在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗。實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀。具體實驗步驟如下：①在漏斗內盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下。②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調節(jié)頻閃儀的頻率直到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采集數據進行處理。
(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率與水滴滴落的頻率滿足的條件是___________________________________。
頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率
(2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示，根據數據測得當地重力加速度g＝________ m/s2；第8個水滴此時的速度v8＝________ m/s。(結果都保留3位有效數字)
平均速度等于中間時刻的瞬時速度
(3)該實驗存在的系統誤差可能有(答出一條即可)：______________________________________。
6.(2023·廣東潮州市三模)小明發(fā)現，在夜景照片中，車燈常常會劃出一道道美麗的弧線，受此啟發(fā)，他決定利用發(fā)光小球自由下落時在照片上留下的光弧，來測量當地重力加速度。設計實驗步驟如下：①在黑暗的房間里，如圖甲所示將相機正對豎直的刻度尺放置，調節(jié)相機快門為100(即曝光時間Δt為 ；②將發(fā)光小球從刻度尺零刻度處由靜止釋放，待小球下落至與相機近似等高位置時按下相機快門，得如圖乙所示的照片，讀出亮線上邊沿到釋放點的距離H，亮線的長度d(曝光時間Δt內小球的位移)；
③用Δt內的平均速度近似等于小球下落高度H＋ 時的瞬時速度，進而計算出重力加速度g；④重復步驟②③，讀出數據如表所示，計算g的平均值，測得當地重力加速度。
(1)根據表中數據，小球在第三張圖中曝光時間Δt內的平均速度大小v＝______ m/s(結果保留兩位有效數字)。
(2)根據步驟③計算當地重力加速度的表達式為g＝____________(用Δt、H、d表示)。
(3)本實驗測得的重力加速度______(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值。
若考慮空氣阻力，則由牛頓第二定律mg－Ff＝ma，所測得的加速度a小于重力加速度的真實值。