测量做直线运动物体的瞬时速度课件-2025届高三数学一轮复习

第6讲实验

测量做直线运动物体的瞬时速度高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、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、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸。三、实验思路1.打点计时器原理

2.用“平均速度法”测速度瞬时速度没法直接测量,因此根据极限的思想,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

中,当Δt→0时v是瞬时速度。3.匀变速直线运动的速度测量在匀变速直线运动中,某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度,故打第n个点时纸带的瞬时速度为

。四、进行实验1.如图所示,把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,木板上放一个可以左右移动的小车,小车一端连接穿过打点计时器的纸带,另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。2.把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器,然后放开小车,让它拖着纸带运动。于是,打点计时器在纸带上打下一行小点。随后,立即关闭电源。3.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做几次实验。五、数据记录1.选择一条比较理想的纸带,确定好计数点。2.求各计数点的瞬时速度并记录。六、数据处理1.由实验数据得出v-t图像(1)根据记录的v、t数据,在直角坐标系中描点。(2)根据描点作一条直线。

不要连成折线2.小车运动的速度随时间变化的规律

小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,可以得出结论:小车的速度随时间均匀变化。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。八、其他实验方案概述方案1:用光电门、数字计时器测瞬时速度光电门测速原理是用极短时间内的平均速度替代瞬时速度,根据v=可知,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。方案2: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。此种方法不仅适用于测直线运动的物体的速度,也适用于测匀变速曲线运动的物体的速度。×××√×研考点精准突破考点一教材原型实验1.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法如图所示,0,1,2,…为时间间隔相等的各计数点,x1,x2,x3,x4,…为相邻两计数点间的距离,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=C(常量),则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。2.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,即

来计算。3.利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法在数据处理时可以对纸带重新分段,把6段距离分为“前三”和“后三”,“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内的位移差,时间间隔为3T。(2)图像法利用

求出打各点时纸带的瞬时速度,然后作出v-t图像,用v-t图像的斜率求物体运动的加速度。考向一

实验原理和实验操作典题1(2024浙江台州模拟)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,实验装置如图甲所示,某同学将电火花计时器接在频率为50Hz的电源上。在打出的纸带上每5个点取一个计数点,共取了1、2、3、4、5、6六个计数点,如图乙所示。甲(1)图甲中电火花计时器所接的电源为

(选填“8V”或“220V”)交流电源;

220V乙(2)图乙中计数点2的读数为

cm;

(3)打下图乙中计数点3时,小车的速度大小为

m/s(结果保留2位有效数字);

3.66(3.65~3.70均可)0.27(0.27~0.28均可)(4)该同学从每一个计数点处将纸带剪开分成几段,将这些纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在坐标系中,如图丙所示,最后将纸带上端中心连起来,于是得到v-t图像,用该图像探究小车速度随时间变化的规律是否可行?

(选填“可行”或“不可行”)。

丙可行

解析

(1)电火花计时器接220

V交流电源。(2)刻度尺最小刻度为毫米,估读一位,所以计数点2的读数为3.65~3.70

cm均可。(3)打下计数点3时,小车的速度大小为(4)因为每段纸带的长度除以时间是这一段的平均速度,而平均速度可看成该段纸带中间时刻的瞬时速度,因为纸带对应的时间都是0.1

s,所以可以用纸带的长度代替速度,此方案可行。考向二

数据处理和误差分析典题2(2023重庆模拟)某同学在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,如图甲所示,在纸带上选取7个计数点,每相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出,用刻度尺测量出各计数点1、2、3、4、5、6到计数点0的距离依次为3.20cm、7.20cm、11.98cm、17.58cm、24.00cm、31.24cm。甲(1)已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,试根据纸带上各计数点间的距离,计算出打下1、2、3、4、5五个点时小车的瞬时速度,并将下表中的速度值补充完整(保留两位有效数字);计数点12345速度v1v2v3v4v5速度值/(m·s-1)

0.440.520.60

0.360.68(2)以计数点0为计时起点,将上表中1、2、3、4、5五个计数点对应的小车的瞬时速度标在图乙所示的直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度v随时间t变化的关系图像;乙(3)由(2)中所画的v-t图像,可以求出小车在打点计时器打下计数点0时的速度大小为

m/s,加速度大小为

m/s2。(保留两位有效数字)

图像如解析所示

0.280.80(2)在坐标系中描出各点,画出小车的瞬时速度v随时间t变化的关系图像如图所示。(3)由图可知,t=0时,小车速度v0=0.28

m/s,加速度大小为考点二实验的改进与创新高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注重迁移创新能力的培养,用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。1.实验器材的改进及速度的测量方法

2.获得加速度方法的改进长木板倾斜,靠小车的重力获得加速度(如图甲、乙所示)靠重物的拉力获得加速度。考向一

实验器材的创新典题3(2024广东湛江模拟)某兴趣小组用频闪装置研究小球在斜面上的运动规律。将一小球从斜面顶端释放,利用手机拍摄及图像处理软件,生成小球从斜面滚下的频闪照片如图所示,取连续的几个小球影像,记录下小球在刻度尺上的坐标位置如表所示。已知照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间为0.1s。位置x0x1x2x3x4x5x6刻度值/cm25.432.841.351.061.773.586.4(1)由数据可知该小球做

运动,理由是

。

(2)该小球的加速度大小为

m/s2(结果保留两位有效数字)。

匀加速直线

在误差允许的范围内,小球在相邻相等时间内位移增加量相同

1.1解析

(1)通过数据得出每两个相邻小球图像间的距离分别为s1=x1-x0=7.4

cm,s2=x2-x1=8.5

cm,s3=x3-x2=9.7

cm,s4=x4-x3=10.7

cm,s5=x5-x4=11.8

cm,s6=x6-x5=12.9

cm,故得s2-s1=1.1

cm,s3-s2=1.2

cm,s4-s3=1.0

cm,s5-s4=1.1

cm,s6-s5=1.1

cm,可见,在误差允许的范围内,小球在相邻相等时间内位移增加量相同,小球做匀加速直线运动。考向二

实验数据处理方法的改进典题4(2023河南二模)利用如图所示的装置研究滑块在斜面上的运动。一斜面上安装有两个光电门,其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处,光电门甲的位置可移动。当一带有遮光片的滑块自斜面上端滑下时,与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至光电门乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量,每次都使滑块从同一点由静止开始下滑,并测量出光电门甲、乙之间的距离x,记下相应的t值,所得数据如表中所示。次数123456x/m0.5000.6000.7000.8000.9000.950t/ms585.8743.0904.61105.61347.61552.8/(m·s-1)0.8540.8080.7740.7