2019人教版高中物理必修1《专题强化 实验：研究匀变速直线运动的规律》学案（含解析）

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1、专题强化实验：研究匀变速直线运动的规律学科素养与目标要求科学探究：1.进一步练习使用打点计时器.2.会根据纸带上打出的点利用平均速度公式求瞬时速度.3.会利用图象法或逐差法求加速度一、实验原理图11利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法如图1所示，沿直线运动的物体在连续相等时间间隔T内的位移分别为x1、x2、x3、x4xn，若xx2x1x3x2x4x3xnxn1，则说明物体在做匀变速直线运动，且xaT2.2测定匀变速直线运动加速度的方法(1)图象法先根据“平均速度”法求出各计数点的速度vn.作vt图象，求出图象的斜率即物体的加速度(2)利用位移差公式xn1xnaT2得a，其中T为两计数点之

2、间的时间间隔逐差法a1，a2，a3，a.若纸带上选出多个计数点，可用逐差法求加速度二、实验器材(以小车的匀变速直线运动为例)打点计时器、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、复写纸、坐标纸、细铅笔、刻度尺三、注意事项1开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器2先启动打点计时器，打点计时器正常工作后，再放开小车，当小车停止运动时要及时断开电源3要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即交流电源频率为50 Hz时，时间间隔为T0.025 s0.1 s.4描点时最好用坐标纸，在纵、横坐标轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点四、误差和有效数字1

3、误差：测量值跟被测物理量的真实值之间的差异叫做误差误差按产生原因可分为偶然误差和系统误差(1)偶然误差产生原因：由偶然因素造成的特点：多次重复同一测量时，偏大和偏小的机会比较接近减小偶然误差的方法：取平均值(2)系统误差产生原因：由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的特点：多次重复测量的结果总是大于(或小于)被测量的真实值减小系统误差的方法：校准测量仪器，改进实验方法，完善实验原理2绝对误差和相对误差(1)绝对误差：测量值和真实值之差(2)相对误差：绝对误差与测量值之比3有效数字(1)定义：带有一位不可靠数字的近似数字叫做有效数字(2)运算结果一般用两位或三位有效数字表示.一、应用匀变速直线运动

4、规律处理纸带问题例1如图2所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图中注明了他对各计数点间距离的测量结果所接电源是频率为50 Hz的交流电图2(1)为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，并填入下表内(单位：cm)x2x1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.57由此可以得出结论：小车的运动是_(2)两个相邻计数点间的时间间隔t_ s.(3)小车的加速度的计算式a_，加速度a_ m/s2(结果保留三位有效数字)(4)计算打计数点B时小车的速度vB_m/s(结果保留三位有效数字)答案见解析解析(1)数据如表所示.x2x

5、1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.571.571.581.58由数据表分析可知，在误差允许范围内相邻相等时间内的位移差相等，因此可以得出结论：小车的运动是匀变速直线运动(2)该打点计时器所接的电源是频率为50 Hz的交流电，纸带上每隔4个点取一个计数点，即两个相邻计数点间的时间间隔t5 s0.10 s.(3)用逐差法来计算加速度a，将数据代入得加速度的值a102 m/s21.57 m/s2.(4)由于小车做匀变速直线运动，因此，打计数点B时小车的速度等于AC段的平均速度，即vB0.517 m/s.二、实验原理的迁移应用例2(2017全国卷)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，

6、用自制“滴水计时器”计量时间实验前，将该计时器固定在小车旁，如图3(a)所示实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)图3(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.(结果均保留两位有效数字)答案(1)从右向左(2)0.19 0.038解析(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右

7、向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动的(2)已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T s s，所以A点位置的速度为vA m/s0.19 m/s.根据逐差法可得加速度a0.038 m/s2，故加速度的大小为0.038 m/s2.针对训练一个小球沿斜面向下运动，用每隔 s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图4所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为 s，测得小球在几个连续相等时间内的位移数据见下表：图4x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010.4011.50(1)小球在相邻的相等时间内的位移差

8、_(填“相等”或“不相等”)，小球的运动属于_直线运动(2)沿斜面向下运动的小球在第三个位置的速度为_ m/s，小球的加速度为_m/s2.(结果保留三位有效数字)答案(1)相等匀加速(2)0.9851.10解析(1)由表格中的数据知，相邻的相等时间内的位移差为1.1 cm，位移差相等，小球做匀加速直线运动(2)匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度，故v3102 m/s0.985 m/s，根据逐差法xaT2可知a m/s21.10 m/s2.1接在周期为T0.02 s低压交流电源上的打点计时器，在纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带如图5所示，图中所示的是每隔4个计时点所取的

9、计数点，但第3个计数点没有画出由图中的数据可求得：图5(1)该物体的加速度为_m/s2；(2)第3个计数点与第2个计数点的距离为_cm；(3)打第2个计数点时该物体的速度约为_ m/s.(保留两位有效数字)答案(1)0.74(2)4.36(3)0.40解析(1)设1、2间的位移为x1,2、3间的位移为x2,3、4间的位移为x3,4、5间的位移为x4；因为周期为0.02 s，且每打5个点取一个计数点，所以每两个计数点之间的时间间隔为T0.1 s；由匀变速直线运动的推论xmxn(mn)aT2得：x4x13aT2，代入数据解得a0.74 m/s2.(2)第3个计数点与第2个计数点的距离即为x2，由匀

10、变速直线运动的推论：x2x1aT2得：x2x1aT2，代入数据得：x20.043 6 m4.36 cm.(3)匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故：v2 m/s0.40 m/s.2(2016天津理综)某同学利用图6所示装置研究小车的匀变速直线运动图6(1)实验中，必须的措施是_A细线必须与长木板平行B先接通电源再释放小车C小车的质量远大于钩码的质量D平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图7所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)s13.59 cm，s24.41 cm，s35.1

11、9 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm.则小车的加速度a_m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB_m/s.(结果均保留两位有效数字)图7答案(1)AB(2)0.800.40解析(1)实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A正确；实验时要先接通电源再释放小车，选项B正确；此实验中没必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项C错误；此实验中不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项D错误(2)相邻的两计数点间的时间间隔T0.1 s，由逐差法可得小车的加速度a m/s20.80 m/s2打点计时器在打B点时小车的速度vB m/s0.40 m/s.