静电现象教学ppt课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,静电现象 电容器及其电容,考点自清,一、静电现象,1.,静电感应,把金属导体放在外电场,E,中,,,导体内的,,由于受电场,力作用而,,的现象叫做静电感应,.,2.,静电平衡,发生静电感应的导体在自由电子,,停止时的状态称,为静电平衡状态,.,3.,静电屏蔽,在静电屏蔽现象中,,,金属网罩可以使罩内不受外界,,的影,响,.,如果把金属罩,,还可以使罩内的带电体对外界不发生,影响,.,自由电子,重新分布,定向移动,电场,接地,静电现象 电容器及其电容考点自清一、静电现象自由电子重新分,二、电容器

2、、电容,1.,电容器,,(1),组成,:,由两个彼此,,又相互,,的导体组成,.,(2),带电量,:,一个极板所带电量的,,.,(3),电容器的充、放电,充电,:,使电容器带电的过程,,,充电后电容器两板带上等量的,,,,,电容器中储存,,.,,放电,:,使充电后的电容器失去电荷的过程,,,放电过程中,,,,转化为其他形式的能,.,绝缘,靠近,绝对值,异种电荷,电场能,电场,能,二、电容器、电容绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能,2.,电容,,(1),定义,:,电容器所带的,,与电容器两极板间的电势,差,U,的比值,.,(2),定义式,:,(3),物理意义,:,表示电容器,,本领大小

3、的物理量,.,(4),单位,:,法拉,(F),1 F=,,μF=10,2,pF,电荷量,Q,容纳电荷,10,6,2.电容电荷量Q容纳电荷106,3.,平行板电容器,,(1),影响因素,:,平行板电容器的电容与,,成正比,,,与介,质的,,成正比,,,与,,成反比,.,(2),决定式,:,C,= ,,k,为静电力常量,.,特别提醒,电容器的电容大小是由本身的特性决定的,,,与极板间电压以及电容器带电多少,,,带不带电荷无关,.,正对面积,介电常数,两板间的距离,3.平行板电容器正对面积介电常数两板间的距离,热点一 静电平衡的实质及其特点,热点聚焦,1.,静电平衡的实质,将不

4、带电的金属导体放入场强为,E,0,的静电场中,,,导体内自由电,子便受到与场强,E,0,方向相反的电场力作用,,,除了做无规则热运,动外,,,自由电子还要受电场力,,,并向电场,E,0,的反方向做定向移,动,(,图,1,甲所示,),,并在导体的一个侧面集结,,,使该侧面出现负电,荷,,,而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷,(,如图,1,乙所,示,),,等量异种电荷形成一附加电场,E,′.,当附加电场与外电场,的合场强为零时,,,即,E,′,的大小等于,E,0,的大小而方向相反时,(,如,图,1,丙所示,),,自由电子的定向移动停止,,,这时的导体处于静电,平衡状态,.,热点一 静电

5、平衡的实质及其特点热点聚焦1.静电平衡的实,图,1,2.,处于静电平衡状态的导体具有以下特点,,(1),导体内部的场强,(,E,0,与,E,′,的合场强,),处处为零,,,E,内,=0;,(2),整个导体是等势体,,,导体的表面是等势面,;,(3),导体外部电场线与导体表面垂直,;,(4),静电荷只分布在导体外表面上,,,且与导体表面的曲率有关,.,图1,热点二 平行板电容器的动态分析,1.,主要的理论论据,,(1),平行板电容器的电容,C,与板距,d,、正对面积,S,、介质介电,常数,ε,间的关系,C,= .,(2),平行板电容器内部是匀强电场,,,所以场强,E,=

6、 .,(3),电容器所带电荷量,Q,=,CU,.,(4),由以上三式得,E,= ,,该式常用于,Q,保持不变的情况中,.,2.,电容器的动态分析方法,主要分两种情况,,(1),平行板电容器充电后,,,继续与电源的两极相连,,,因此两,极板间的电压不变,,,当电容器的,d,、,S,、,ε,变化时,,,将引起,电容器的,C,、,Q,、,E,的变化,.(,U,不变,),热点二 平行板电容器的动态分析1.主要的理论论据2.,,(2),平行板电容器充电后,,,切断与电源的连接,,,因此电容器带电荷量,Q,不变,,,当电容器的,d,、,S,、,ε,变化时,,,将引起电容器的,C,、,

7、U,、,E,变化,.(,Q,不变,),(2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷,特别提示,在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时,,,有两个技巧,:(1),紧抓,“,不变量,”,即,“,控制变量法,”,;(2),选择合适的公式分析,.,特别提示,题型探究,题型,1,感应起电问题,【,例,1,】,,如图,2,所示,,,将带电棒移近两个不带,电的导体球甲、乙,,,两个导体球开始时互,相接触且对地绝缘,,,下述几种方法中能使,两球都带电的是,( ),A.,先把两个球分开,,,再移走带电棒,,B.,先移走带电棒,,,再把两个球分开,,C.,先使甲球瞬时接触地,,,再移走

8、带电棒,,D.,使带电棒与甲球瞬时接触,,,再移走带电棒,,解析,,先把两个小球分开,,,再移走带电棒,,,这是感应起电,,,,两球带上了异种电荷,,,故,A,正确,;,先移走带电棒,,,甲、乙球上,图,2,题型探究题型1 感应起电问题图2,电荷中和,,,均不带电,,B,错误,;,先使甲球瞬时接触地,,,再移走棒,,,也是感应起电,,,两球带上了同种电荷,(,与带电棒电荷异性,,,两个球上与带电棒同性的电荷被排斥到大地中,),C,正确,;,使带电棒与甲球瞬时接触,,,再移走带电棒,,,这是接触起电,,,甲、乙两球带上了同种电荷,, D,正确,.,答案,,ACD,方法提炼,起电问题的分析方法,

9、:,(1),使物体带电的三种方式,:①,摩擦起电,;②,感应起电,;③,接触带电,.,(2),感应起电实质上是导体的静电平衡问题,,,不带电体放入电场中,,,电荷重新分布,,,将此物体分为两部分则每部分都带电,,,或将此物体接地,,,物体也会带电,.,电荷中和,均不带电,B错误;先使甲球瞬时接触地,再移走棒,也,变式练习,1,,如图,3,所示的是一个带正电的验电器,,,当一个金属球,A,靠近验电器上的金属小球,B,时,,,验电器中金属箔片的张角减小,,,则,( ),A.,金属球,A,可能不带电,B.,金属球,A,一定带正电,C.,金属球,A,可能带负电,D.,金属球,A,一定带负电,解

10、析,,验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷,,,金属箔片之所以张开,,,是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的,.,当验电器金属箔片的张角减小时,,,说明箔片上的正电荷一定比原来减少了,,,由于金属球,A,只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球,B,发生接触,,,要考虑感应起电的影响,.,当金属球,A,靠近时,,,验电器的,图,3,变式练习1 如图3所示的是一个带正电的验电器,当一个金属球,金属球,B,、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,,,金属球,A,离金属球,B,较近,,,而离金属箔片较远,.,如果金属球,A,带正电,,,验电器上的正电荷一定向远处移动,,,则金属箔片上的电荷量不会减少

11、,,,所以选项,B,是错误的,.,如果金属球,A,带负电,,,验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动,,,造成金属箔片上的电荷量减少,,,所以选项,C,是正确的,.,如果金属球,A,不带电,,,由于受到金属球,B,上正电荷的影响,,,金属球,A,上靠近,B,的部分也会由于静电力的作用出现负电荷,,,而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球,B,移动,,,效果与金属球,A,带负电荷一样,.,所以选项,A,也是正确的,,,选项,D,是错误的,.,答案,,AC,,金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,金属球A离金,题型,2,电容器两类动态问题分析,【,例,2,】,,如图,4,所

12、示,,,一平行板电容器充电后与电源断开,,,负极,板接地,,,在两极板间有一正电荷,(,电荷量很小,),固定在,P,点,.,以,E,,表示两极板间的场强,,,U,表示电容器的电压,,,E,p,表示正电荷在,P,,点的电势能,.,若保持负极板不动,,,将正极板移到图中虚线所示,位置,,,则,( ),,,,图,4,A.,U,变小,,,E,不变,B.,E,变大,,,E,p,不变,,C.,U,变大,,,E,p,不变,D.,U,不变,,,E,p,不变,题型2 电容器两类动态问题分析,思路点拨,,解决平行板电容器的动态变化问题,,,首先要抓住不变量,,,然后利用物理量之间的关系求解,,,本题不变

13、量是电容器的电荷量,.,解析,,将正极板移到图中虚线所示的位置时,,,电容变大,,,根据,,恒定,,,则场强,E,不变,;,由于场强,E,不变,,,P,点与下极板电势差,U,=,Ed,不变,,,所以,P,点电势 不变,,,E,p,不变,.,由以上分析可知选项,A,正确,.(,对于场强,E,的分析,,,不能直接利用,E,=,分析,,,因为,U,减小,,,d,也减小,,,无法确定,E,的变化,).,,答案,,A,,思路点拨 解决平行板电容器的动态变化问题,首先要抓住不变,【,拓展探究,】,,例,2,中,,,若保持正极板不动,,,将负极板向上平移一定距离,,,结论如何,?,解析,,负

14、极板向上平移,,,电容变大,,,由,C,=,可知,,,U,变小,;,又,,，则,E,不变,;,P,点与下极板电势差,U,=,Ed,,,d,变小,,,故,U,变小,,,即 变小,,,E,p,变小,.,答案,,A,,【拓展探究】 例2中,若保持正极板不动,将负极板向上平移一,规律总结,规律总结,变式练习,2,,如图,5,所示,,,用电池对电容器充电,,,电路,a,、,b,之间接有一灵敏电流表,,,两极板之间有一个电荷,q,处于静止状态,.,现将两极板的间距变大,,,则,( ),A.,电荷将向上加速运动,B.,电荷将向下加速运动,C.,电流表中将有从,a,到,b,的电流,D.,

15、电流表中将有从,b,到,a,的电流,图,5,变式练习2 如图5所示,用电池对电容器充电,电路a、b之间,解析,,充电后电容器的上极板,A,带正电,.,不断开电源,,,增大两板间距,,,U,不变、,d,增大,.,由,E,=,知两极板间场强减小,.,场强减小会使电荷,q,受到的电场力减小,,,电场力小于重力,,,合力向下,,,电荷,q,向下加速运动,.,由,C,=,知电容,C,减小,.,由,Q,=,CU,知极板所带电荷量减少,.,会有一部分电荷返回电源,,,形成逆时针方向的电流,,,电流表中将会有由,b,到,a,的电流,,,选项,B,、,D,正确,.,答案,,BD,解析 充电后电容器的上极板

16、A带正电.不断开电源,增大两板,题型,3,带电粒子在板间运动问题分析,【,例,3,】,,下述为一个观察带电粒子在平行板电容器板间电场中的运动状况的实验,.,现进行下述操作,:,第一步,,,给如图,6,所示真空中水平放置的,平行板电容器充电,,,让,A,、,B,两极板带上,一定的电荷量,,,使得一个带电油滴,P,在两板间的匀强电场中恰能保持静止状态,.,第二步,,,给电容器继续充电使其电荷量突然增加,Δ,Q,1,,,让油滴开始竖直向上运动,t,秒,.,第三步,,,在上一步基础上使电容器突然放电,Δ,Q,2,,,观察到又经,2,t,秒后,,,油滴刚好回到原出发点,.,设油滴在运动过程中未与极板接触

17、,.,求,Δ,Q,1,和,Δ,Q,2,的比值,.,图,6,题型3 带电粒子在板间运动问题分析图6,解析,,设油滴质量为,m,,,带电荷量为,q,,,电容器板间距离为,d,,,电容量为,C,.,在第一步过程中,,,设电容器的电荷量为,Q,,,板间电压为,U,0,,,场强为,E,0,.,受力情况如下图,(1),所示,.,,,,由题意得,qE,0,=,mg,①,②,③,④,解析 设油滴质量为m,带电荷量为q,电容器板间距离为d,,在第二步过程中,,,设板间电压为,U,1,,,场强为,E,1,,,油滴的加速度大小为,a,1,,,t,s,末的速度为,v,1,,,位移为,x,,,受力情况如图,(2

18、),所示,.,U,1,=(,Q,+Δ,Q,1,)/,C,⑤,E,1,=,U,1,/,d,⑥,qE,1,-,mg,=,ma,1,⑦,x,=,a,1,t,2,⑧,v,1,=,a,1,t,⑨,在第三步过程中,,,设板间电压为,U,2,,,场强为,E,2,,,油滴的加速度大小为,a,2,,,受力情况如图,(3),所示,.,⑩,在第二步过程中,设板间电压为U1,场强为E1,油滴的加速度大,,,,,,答案,【,评分标准,】,,本题共,23,分,.,其中①②③⑤⑥⑦⑩ 式各,2,分,,④⑧⑨,式各,1,分,.,【,名师导析,】,,高考命题愈加明显地渗透着物理思想、物理方法的考查,,,上述样题就是通过对

19、电场中的带电粒子多运动过,静电现象教学ppt课件,程的考查,,,间接考查了同学们综合分析问题的能力,.,解决这类问题的关键是要掌握基本运动的特点,.,中学物理常见的基本运动有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动等,,,这些基本运动中的任何两种运动都可以构成一个多运动过程问题,,,所以复习时应加强此类型的训练,,,以提高分析和解决问题的能力,.,程的考查,间接考查了同学们综合分析问题的能力.解决这类问题的,自我批阅,(24,分,),如图,7,所示,,,水平放置的平行板电容,器,,,原来两极板不带电,,,上极板接地,,,它的,极板长,L,=0.1 m,,两板间距离,d,=0.4 m

20、,,有一,束相同的带电微粒以相同的初速度先后从,两板中央平行极板射入,,,由于重力作用微粒,能落到下极板上,,,微粒所带电荷立即转移到下极板且均匀分布在下极板上,.,设前一微粒落到下极板上时后一微粒才能开始射入两极板间,.,已知微粒质量为,m,=2×10,-6,kg,,电荷量,q,=1×10,-8,C,,电容器电容为,C,=10,-6,F,,取,g,=10 m/s,2,.,求,:,图,7,自我批阅(24分)如图7所示,水平放置的平行板电容图7,(1),为使第一个微粒的落点范围能在下极板中点,O,到紧靠边缘的,B,点之间,,,求微粒入射的初速度,v,0,的取值范围,.,(2),若带电微粒以第一问

21、中初速度,v,0,的最小值入射,,,则最多能有多少个带电微粒落到下极板上,?,解析,,(1),若第,1,个粒子落到,O,点,,,由类平抛运动的公式得,(2,分,),(2,分,),解得,v,01,=0.25 m/s (1,分,),若落到,B,点,,,由类平抛运动公式得,:,L,=,v,02,t,2,(2,分,),(2,分,),(1)为使第一个微粒的落点范围能在下极板中点O到紧靠边缘的B,解得,v,02,=0.5 m/s (1,分,),故微粒入射的初速度,v,0,的取

22、值范围为,0.25 m/s≤v,0,≤0.5 m/s (2,分,),(2),由类平抛运动公式得,:,L,=,v,01,t,解得,t,=0.4 s (2,分,),由类平抛运动公式得,:,解得,a,=2.5 m/s,2,(2,分,),由牛顿第二定律得,:,mg,-,qE,=,ma,(3,分,),由匀强电场的场强和电势差的关系得,:,E,= (1,分,),由电容的定义式得,:,C,= (

23、1,分,),联立解得,Q,=6×10,-4,C (1,分,),落到下极板上的带电微粒数目为,:,n,= =60 000,个,(2,分,),解得v02=0.5 m/s,答案,,(1)0.25 m/s≤,v,0,≤0.5 m/s (2)60 000,个,答案 (1)0.25 m/s≤v0≤0.5 m/s (,素能提升,1.,绝缘细线上端固定,,,下端挂一轻质小球,a,,,,a,的表面镀有铝膜,;,在,a,近旁有一绝缘金属,球,b,,,开始时,,,a,、,b,都不带电,,,如图,8,所示,,,,现使,b,带电,,,则,( )

24、,A.,a,、,b,之间不发生相互作用,,B.,a,吸引,b,,,吸住后不放开,,C.,b,立即把,a,排斥开,,D.,b,先吸引,a,,,接触后又把,a,排斥开,图,8,素能提升1.绝缘细线上端固定,下端挂一轻质小球a,图8,解析,,b,球带电后,,,使,a,产生静电感应,,,感应的结果是,a,靠近,b,的一侧出现与,b,异种的感应电荷,,,远离,b,的一侧出现与,b,同种的感应电荷,.,虽然,a,上的感应电荷等量异号,,,但因为异种电荷离,b,更近,,,所以,b,对,a,的电场力为引力,.,当,b,吸引,a,使两者接触后,,,由于接触带电,,,b,、,a,又带上同种电荷,,,有斥力

25、作用,,,因而又把,a,排斥开,,,所以,D,正确,.,答案,,D,解析 b球带电后,使a产生静电感应,感应的结果是a靠近b,2.,如图,9,所示,,,一个平行板电容器,,,板间距离为,d,,,当对其加上电,压后,,,A,、,B,两板的电势分别为,+,和,- ,,下述结论正确的是,,( ),,,,图,9,A.,电容器两极板间可形成匀强电场,,,电场强度大小为,E,=,B.,电容器两极板间各点的电势,,,有的相同,,,有的不同,;,有正的,,,,有负的,,,有的为零,,C.,若只减小两极板间的距离,d,,,该电容器的电容,C,要增大,,,极板,上带的电荷量,Q,也会增加,,D.,若

26、有一个电子水平射入两极板之间的电场,,,则电子的电势,能一定会减小,2.如图9所示,一个平行板电容器,板间距离为d,当对其加上电,解析,,由题意可知,,,两板间电压为,2 ,,电场强度为,E,= ,A,错误,;,板间与板平行的中线上电势为零,,,中线上方为正,,,下方为负,,,故,B,正确,;,由,C,=,知,,,d,减小,,,C,增大,,,由,Q,=,CU,知,,,极板带电量,Q,增加,,C,正确,;,电子水平射入两极板之间的电场时,,,电场力一定对电子做正功,,,电子的电势能一定减小,,D,正确,.,答案,,BCD,解析 由题意可知,两板间电压为2 ,电场强度为E=,3.,如

27、图,10,所示,,,两块较大的金属板,A,、,B,相距为,d,,,,平行放置并与一电源相连,,S,闭合后,,,两板间恰,好有一质量为,m,,,带电量为,q,的油滴处于静止状,态,,,以下说法正确的是,( ),A.,若将,S,断开,,,则油滴将做自由落体运动,,G,表中无电流,,B.,若将,A,向左平移一小段位移,,,则油滴仍然静止,,G,表中有,b,→,a,,的电流,,C.,若将,A,向上平移一小段位移,,,则油滴向下加速运动,,G,表中有,,b,→,a,的电流,,D.,若将,A,向下平移一小段位移,,,则油滴向上加速运动,,G,表中有,,b,→,a,的电流,图,10,3.如图10所

28、示,两块较大的金属板A、B相距为d,图10,解析,,将,S,断开,,,电容器电荷量不变,,,板间场强不变,,,故油滴仍处于静止状态,,A,错误,;,若,S,闭合,,,将,A,板左移,,,由,E,=,可知,,,E,不变,,,油滴仍静止,,,但因,C,变小,,,电容器极板电荷量变小,,,因此有由,b,→,a,的电流,,B,正确,;,将,A,板上移,,,由,E,=,可知,,,E,变小,,,油滴应向下加速运动,,,因,C,变小,,,电容器要放电,,,因此有由,b,→,a,的电流流过,G,C,正确,;,当,A,板下移时,,,板间电场强度增大,,,油滴受的电场力增加,,,油滴向上加速运动,,,但因,C,增

29、大,,,电容器要充电,,,因此有由,a,→,b,的电流流过,G,,故,D,错误,.,答案,,BC,解析 将S断开,电容器电荷量不变,板间场强不变,故油滴仍,4.,静电计是在验电器的基础上制成的,,,用其指针张角的大,小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小,.,如图,,11,所示,,,A,、,B,是平行板电容器的两个金属板,,,G,为静电,计,.,开始时开关,S,闭合,,,静电计指针张开一定角度,,,为了,使指针张开的角度增大些,,,下列采取的措施可行的是,,,( ),,,,,图,11,A.,断开开关,S,后,,,将,A,、,B,分开些,,B.,保持开关,S,闭合,,,将,A,、,

30、B,两极板分开些,4. 静电计是在验电器的基础上制成的,用其指针张角的大,C.,保持开关,S,闭合,,,将,A,、,B,两极板靠近些,D.,保持开关,S,闭合,,,将变阻器滑动触头向右移动,解析,,要使静电计的指针张开角度增大些,,,必须使静电计金属球和外壳之间的电势差增大,,,断开开关,S,后,,,将,A,、,B,分开些,,,电容器的带电量不变,,,电容减小,,,电势差增大,,A,正确,;,保持开关,S,闭合,,,将,A,、,B,两极板分开或靠近些,,,静电计金属球和外壳之间的电势差不变,,B,、,C,错误,;,保持开关,S,闭合,,,将滑动变阻器滑动触头向右或向左移动,,,静电计金属球和

31、外壳之间的电势差不变,,D,错误,.,答案,,A,C.保持开关S闭合,将A、B两极板靠近些,5.,竖直放置的一对平行金属板的左极板上用绝缘线悬挂了一,个带正电的小球,,,将平行金属板按图,12,所示的电路图连接,,,,稳定时绝缘线与左极板的夹角为,θ,.,当滑动变阻器,R,的滑片,在,a,位置时,,,电流表的读数为,I,1,,,夹角为,θ,1,;,当滑片在,b,位置时,,,,电流表的读数为,I,2,,,夹角为,θ,2,,,则,( ),,,,,图,12,A.,θ,1,<,θ,2,,,I,1,<,I,2,B.,θ,1,>,θ,2,,,I,1,>,I,2,C.,θ,1,=,θ,2,,,I,1,

32、=,I,2,D.,θ,1,<,θ,2,,,I,1,=,I,2,5.竖直放置的一对平行金属板的左极板上用绝缘线悬挂了一,解析,,先根据电容器在电路稳定的情况下相当于断路,,,比较两种情况下两极板的电势差、电场强度、电场力大小进而确定角的关系,;,再根据两种情况下的总电阻大小确定电流关系,.,金属板在电路中处于断开状态,,,对整个回路的电阻无影响,.,稳定时电容器的电压即为与之并联的滑动变阻器的左侧,(,a,的左侧,),电阻所分得的电压,.,当滑动变阻器,R,的滑片由,a,位置滑到,b,位置时,,,接入电路的电阻不变,,,所以电流不变,I,1,=,I,2,,,但是金属板的电压要增大,,,所以带电小

33、球受到的电场力要变大,,,由小球的受力平衡可以确定,θ,1,<,θ,2,.,答案,,D,解析 先根据电容器在电路稳定的情况下相当于断路,比较两种,6.,如图,13,所示,,,一平行板电容器水平放置,,,板间距离为,d,,,上极板,开有一小孔,,,质量均为,m,,,带电荷量均为,+,q,的两个带电小球,,(,视为质点,),,其间用长为,L,的绝缘轻杆相连,,,处于竖直状态,,,已,知,d,=2,L,,,今使下端小球恰好位于小孔中,,,由静止释放,,,让两球,竖直下落,.,当下端的小球到达下极板时,,,速度刚好为零,.,试,求,:,,,,图,13,(1),两极板间匀强电场的电场强度,.,(2

34、),两球运动过程中的最大速度,.,,6.如图13所示,一平行板电容器水平放置,板间距离为d,上极,解析,,(1),两球由静止开始下落到下端的小球到达下极板的过程中,,,由动能定理得,2,mgd,-,Eqd,-,Eq,(,d,-,L,)=0,解得,E,=,(2),两球由静止开始下落至上端小球恰进入小孔时小球达到最大速度,,,此过程利用动能定理得,2,mgL,-,EqL,=,解得,v,=,答案,解析 (1)两球由静止开始下落到下端的小球到达下极板的过,反思总结,返回,反思总结返回,,§1.4,实验,:,研究匀变速直线运动,§1.4 实验:研究匀变速直线运动,知 识 精 要 高效梳理

35、,·,知识备考,知 识 精 要 高效梳理·知识备考,一,､,实验目的,1.,练习使用打点计时器,,,学会用打上点的纸带研究物体的运动,.,2.,掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法,.,3.,会利用纸带测定匀变速直线运动的,加速度,.,一､实验目的,二,､,实验原理,1.,打点计时器,(1),作用,:,计时仪器,,,每隔,0.02,s,打一次点,.,(2),工作条件,电磁打点计时器,:6 V,以下交流,电源电火花计时器,:220 V,交流电源,(3),纸带上点的意义,:,①,表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置,;,②,通过研究纸带上各点之间的间隔,,,可以判断物体的运动情况,.,二､实验原

36、理,2.,利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法,设,x,1,､x,2,､x,3,……,为纸带上相邻两个计数点之间的距离,,,若,Δx=x,2,-x,1,=x,3,-x,2,=x,4,-x,3,=,……,=,常数,,,即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,,,则与纸带相连的物体做,匀变速直线,运动,.,2.利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法,3.,由纸带求物体运动加速度的方法,(1),逐差法,:,根据,x,4,-x,1,=x,5,-x,2,=x,6,-x,3,=,3aT,2,,,求,a,1,､a,2,､a,3,,,再算出,a,1,､a,2,､a,3,的平均值即为我们所求的匀变速直

37、线运动物体的加速度,.,设,T,为相邻两计数点之间的时间间隔,,,则,a,1,加速度的平均值为,“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据,x,1,､x,2,､x,3,……,以减小偶然误差,.,3.由纸带求物体运动加速度的方法,,(2),用,v-t,图象求加速度,:,根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度即,求出打各个计数点时纸带的瞬时速度,,,再作出,v-t,图象,,,图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度,.,(2)用v-t图象求加速度:根据匀变速直线运动某段时间中,三,､,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,､,

38、小车,､,纸带,､,细绳,､,钩码,､,刻度尺,､,导线,､,电源,､,复写纸,.,三､实验器材,四,､,实验步骤,1.,把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上,,,并使滑轮伸出桌面,,,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,,,连接好电路,,,如图所示,.,四､实验步骤,静电现象教学ppt课件,2.,把一条细绳拴在小车上,,,细绳跨过滑轮,,,并在绳的另一端挂上合适的钩码,,,把纸带穿过打点计时器,(,纸带要放在复写纸下面,),,并把纸带的一端固定在小车的后面,.,3.,把小车停在靠近打点计时器处,,,接通电源后,,,放开小车,,,让小车拖着纸带运动,,,打点计时器就在纸带上打下一系列的点

39、,.,取下纸带,,,换上新纸带,,,重复实验三次,.,2.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,并在绳的另一端挂上合,4.,从三条纸带中选择一条比较理想的纸带,,,舍掉开头一些比较密集的点,,,在后边便于测量的地方找一个开始点,,,为了测量方便和减少误差,,,通常不用每打一次点的时间作为时间的单位,,,而用每打五次点的时间作为时间的单位,,,就是,T=,0.1 s,,,在选好的开始点下标明,A,,依次标为,B､C､D､E,……,(,这些点叫做计数点,).,5.,一般要测出六段位移,x,1,､x,2,､x,3,､x,4,､x,5,､x,6,.,6.,根据测量结果,,,利用“实验原理”中给出的公式算

40、出加速度,a,1,､a,2,､a,3,的值,,(,注意,T=0.1 s),求出,a,1,､a,2,､a,3,的平均值,,,就是小车做匀变速直线运动的加速度,.,4.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开头一些比较密集,双 基 精 练 自主探究,·,基础备考,双 基 精 练 自主探究·基础备考,1.,当纸带与运动物体连接时,,,打点计时器在纸带上打出点痕,.,下列关于纸带上点痕的说法中,,,正确的是,( ),A.,点痕记录了运动的时间,B.,点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移,C.,点痕在纸带上的分布情况,,,反映了物体的质量和形状,D.,点痕在纸带上的分布情况,,,反映

41、了物体的运动情况,答案,:ABD,1.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点痕.下列,2.,如图所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带,,,从,0,点开始每,5,个计时点取一个计数点,,,依照打点的先后顺序依次编为,1､2､3､4､5､6,,测得,x,1,=5.18 cm,x,2,=4.40 cm,x,3,=3.62 cm,x,4,=2.78 cm,x,5,=2.00 cm,x,6,=1.22 cm.,2.如图所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带,从0点开,(1),相邻两计数点间的,时间间隔为,______,s.,(2),物体的加速度大小,a=,______,m/s,2,,,方

42、向,______,(,填,A→B,或,B→A).,(3),打点计时器打计数点,3,时,,,物体的速度大小,v,3,=,______,m/s,,方向,______,(,填,A→B,或,B→A).,0.1,0.80,A→B,0.32,B→A,(1)相邻两计数点间的时间间隔为______s.0.1 0.,静电现象教学ppt课件,疑 难 精 讲 名师解疑,·,能力备考,疑 难 精 讲 名师解疑·能力备考,疑难点一,.,本实验中有哪些需要注意的问题,?,请简述,.,名师在线,:(1),使用打点计时器打点时,,,应先接通电源,,,待打点计时器稳定工作后,,,再释放纸带,.,(2),细绳尽可能与木板平行,,

43、,以确保细绳对小车的拉力不变,;,小车的加速度应适当大一些,,,可以减小长度的测量误差,,,以能在纸带上长约,50 cm,的范围内清楚地取,7~8,个计数点为宜,.,(3),电火花计时器利用高压脉冲火花放电“打点”,,,放电针与纸带没有接触,,,因而不会干扰纸带运动,,,相对来说阻力很小,,,所以有条件最好用电火花计时器,.,疑难点一.本实验中有哪些需要注意的问题?请简述.,,(4),安装纸带时,,,纸带位于长木板中间,,,并保证运动时纸带不与打点计时器限位孔摩擦,.,为减小实验误差,,,我们往往舍弃纸带开始那些比较密集的点,,,从间距较大的点开始取计数点,.,有时采用每五个点取一个计数点的方

44、法,,,这时相邻两计数点之间的时间间隔为,5×0.02 s=0.1 s.,在实验操作中,,,要在钩码落地处垫上软垫,,,防止砸坏地板,;,当小车即将运动到长木板的定滑轮处时,,,立即用手将小车接住,,,以免小车与定滑轮碰撞,.,(4)安装纸带时,纸带位于长木板中间,并保证运动时纸带不与,疑难点二,.,为什么处理数据时,,,常用“逐差法”计算加速度,?,,名师在线,:,处理数据时,,,有两种计算的方法,:,疑难点二.为什么处理数据时,常用“逐差法”计算加速度?,静电现象教学ppt课件,比较两种方法,,,方法一中只用了,x,6,､x,1,两段,,,而方法二中用了,6,段,,,前者误差较大,,,后者

45、误差较小,,,所以常用后者计算加速度,.,比较两种方法,方法一中只用了x6､x1两段,而方法二中用了6,易 错 点 拨 自我完善,·,误区备考,易 错 点 拨 自我完善·误区备考,,易错点不能正确使用,v-t,图象处理数据,自我诊断,(2009·,启东模拟,),做匀变速直线运动的小车,,,牵引一条纸带通过打点计时器,,,交流电源的频率是,50 Hz,,由纸带上打出的某一点开始,,,每,5,个点剪,下一段纸带,,,如图所示,,,每一小,段纸带的一端与,x,轴相重合,,,一边与,y,轴平行,,,将纸带依次贴,在坐标系中,,,求,:,易错点不能正确使用v-t图象处理数据,,(1),仔细研究图,,

46、,找出小车在相邻时间内位移存在的关系,.,(2),设,Δt=0.1 s,,请画出该小车的,v-t,图象,.,(3),根据图象求其加速度,.,答案,:(1),相邻时间内位移差为,8 cm,(2),见图,1-4-4,(3)8 m/s,2,(1)仔细研究图,找出小车在相邻时间内位移存在的关系.,解析,:(1),由图中所标纸带每段位移关系,,,可知在相邻相等时间内的位移差,Δy,近似相等,,,考虑误差原因后,,,可近似认为,Δy=8 cm.,(2),以图中的,x,轴作为时间轴,,,以纸带的宽度表示相等的时间间隔,T=0.1 s,,每段纸带最上端中点对应,v,轴上的速度恰好表示每段时间的中间时刻的瞬时速

47、度,,,即 因此可以用纸带的长度表示每小段时间中间时刻的瞬时速度,,,将纸带上端中间各点连接起来,,,可得到,v-t,的图象,,,如图所示,.,解析:(1)由图中所标纸带每段位移关系,可知在相邻相等时间内,,,,,,,,(3),利用图象求斜率或用,Δy=aT,2,均可以求得小车加速度,a=8 m/s,2,.,静电现象教学ppt课件,题 型 研 练 互动探究,·,方法备考,题 型 研 练 互动探究·方法备考,题型一 实验原理和误差分析,,题型一 实验原理和误差分析,【,例,1】,一位同学在用打点计时器做“测匀变速直线运动加速度”的实验时,,,纸带上打出的不是圆点而是如图

48、所示的一些短线,,,这可能是因为,( ),,,A.,打点计时器错接在直流电源上,B.,电源电压不稳定,C.,电源的频率不稳定,D.,振针压得过紧,【例1】一位同学在用打点计时器做“测匀变速直线运动加速度”的,,解析,:,当振针距离复写纸片间隙过小时,,,每一个打点周期内就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸上,,,这样就打出了一段一段的小线段,.,所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中,,,否则就要做适当的调整,.,答案为,D.,,答案,:D,,方法总结,:,振针压得过紧,,,还会导致纸带在运动中所受阻力增大,,,有些实验中会影响到实验的精确度,.,例如用自由落体运动

49、验证机械能守恒的实验,.,解析:当振针距离复写纸片间隙过小时,每一个打点周期内就会有,创新预测,1,在“研究匀变速直线运动”的实验中,,,下列方法中有助于减小实验误差的是,A.,选取计数点,,,把每打,5,个点的时间间隔作为一个时间单位,B.,使小车运动的加速度尽量小些,C.,舍去纸带上开始时密集的点,,,只利用点迹清晰,､,点间隔适当的那一部分进行测量,､,计算,D.,适当增加挂在细绳下钩码的个数,答案,:ACD,创新预测1 在“研究匀变速直线运动”的实验中,下列方法中有,,解析,:,选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大,,,在用直尺测量这些点间的间隔时,,,在测量绝对误差基本

50、相同的情况下,,,相对误差较小,,,因此,A,正确,;,在实验中,,,如果小车运动的加速度过小,,,打出的点很密,,,长度测量的相对误差较大,,,测量准确性降低,,,因此小车的加速度应适当大些,,,而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数以增大拉力,,,故,B,错,,D,对,;,为了减小长度测量的相对误差,,,舍去纸带上过于密集,,,甚至分辨不清的点,,,因此,C,项正确,.,解析:选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点的间隔增大,在,题型二 利用纸带求速度和加速度,,题型二 利用纸带求速度和加速度,【,例,2】,在“研究匀变速直线运动”的实验中,,,打点计时器使用的交流电源

51、的频率为,50 Hz,,记录小车运动的纸带如图所示,,,在纸带上选择,6,个计数点,A､B､C､D､E､F,,相邻两计数点之间还有四个点未画出,,,各点到,A,点的距离依次是,2.0 cm､5.0 cm､9.0 cm､14.0 cm､20.0 cm.,【例2】 在“研究匀变速直线运动”的实验中,打点计时器使用,(1),根据学过的知识可以求出小车在,B,点的速度为,v,B,=m/s,CE,间的平均速度为,m/s.,(2),以打,B,点时为计时起点,,,建立,v-t,坐标系,,,如图所示,,,请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线,.,答案：,(2),见解析,答案,:(1)0.25 0.45

52、,(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB=m/s,,,(3),根据图线可得小车运动的加速度为,m/s,2,.,,答案：,(3)1,(3)根据图线可得小车运动的加速度为m/s2.,,(2)v-t,图象如图所示,.,(2)v-t图象如图所示.,,(3),在,v-t,图象中,,,图线的斜率表示加速度,,,即,a=,(3)在v-t图象中,图线的斜率表示加速度,即a=,,方法总结,:,应用描点法作图时应遵循以下三条原则,:①,让尽量多的点在直线上,;②,不能在直线上的点应均匀地分布在直线两侧,;③,个别偏离直线太远的点应舍去,.,方法总结:应用描点法作图时应遵循以下三条原则:①让尽量多的,,

53、创新预测,2 (2009·,增城模拟,),一个小球沿斜面向下运动,,,用每间隔,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,(,数据见表,),,则,创新预测2 (2009·增城模拟)一个小球沿斜面向下运动,,x,1,/cm,x,2,/cm,x,3,/cm,x,4,/cm,8.20,9.30,10.40,11.50,,(1),小球在相邻的相等时间内的位移差,______,(,填“相等”或“不相等”,),,小球的运动性质属,_________________,直线运动,.,相等,匀加速

54、,(,匀变速,),x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010,,(2),有甲,､,乙两同学计算小球加速度的方法如下,:,甲同学,:,乙同学,:,你认为甲,､,乙中哪位同学的计算方法更好,?,__________,,,加速度值为,__________,.,乙同学,1.10 m/s,2,(2)有甲､乙两同学计算小球加速度的方法如下:乙同学1.1,解析,:(1),由表中数据可知,,x,4,-x,3,=x,3,-x,2,=x,2,-x,1,,,小球做匀加速直线运动,.,(2),乙同学采用逐差法求加速度,,,较准确,,,加速度值为,,1.10 m/s,2,.,解析:(1)由表中数据可知

55、,x4-x3=x3-x2=x2-x,高 效 作 业 自我测评,·,技能备考,高 效 作 业 自我测评·技能备考,一,､,选择题,1.(2009·,广东卷,)“,研究匀变速直线运动”的实验中,,,使用电磁式打点计时器,(,所用交流电的频率为,50 Hz),,得到如图所示的纸带,.,图中的点为计数点,,,相邻两计数点间还有四个点未画出来,,,下列表述正确的是,( ),一､选择题,A.,实验时应先放开纸带再接通电源,B.(x,6,-x,1,),等于,(x,2,-x,1,),的,6,倍,C.,从纸带可求出计数点,B,对应的速率,D.,相邻两个计数点间的时间间隔为,0.02 s,答案,:C,A.实

56、验时应先放开纸带再接通电源,,解析,:,在“研究匀变速直线运动”的实验中,,,应先接通电源再放开纸带,,A,错,.,根据相等的时间间隔内通过的位移有,x,M,-x,N,=(M-N) at,2,,,可知,(x,6,-x,1,),等于,(x,2,-x,1,),的,5,倍,,B,错,.,根据,B,点的速度为,A,与,C,的中间时刻点的速度有,v,B,C,对,.,由于相邻的计数点之间还有,4,个点没有画出,,,所以时间间隔为,0.1 s,D,错,.,解析:在“研究匀变速直线运动”的实验中,应先接通电源再放开,2.,如图所示,,,为同一打点计时器打出的两条纸带,.,由纸带可知,( ),A.,在打下

57、计数点“,0”,至“,5”,的过程中,,,纸带甲的平均速度比乙的大,B.,在打下计数点“,0”,至“,5”,的过程中,,,纸带甲的平均速度比乙的小,C.,纸带甲的加速度比乙的大,D.,纸带甲的加速度比乙的小,答案,:BD,2.如图所示,为同一打点计时器打出的两条纸带.由纸带可知(,,解析,:,在打下计数点“,0”,至“,5”,的过程中,,,两纸带所用时间相同,,,但甲纸带位移小于乙纸带位移,,,故,甲 乙,,,选项,A,错,,B,对,;,相邻计数点间所用时间相等,,,但乙的速度变化得更快,,,故,a,甲,

58、”至“5”的过程中,两纸带所用时间相,二,､,非选择题,3.,某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,,,他将打点计时器接到频率为,50 Hz,的交流电源上,,,实验时得到一条纸带,.,他在纸带上便于测量的地方选取第,1,个计时点,,,在这点下标明,A,,第,6,个点下标明,B,,第,11,个点下标明,C,,第,16,个点下标明,D,,第,21,个点下标明,E.,二､非选择题,测量时发现,B,点已模湖不清,,,于是他测得,AC,长为,14.56 cm,CD,长为,11.15 cm,DE,长为,13.73 cm ,,则打,C,点时小车的瞬时速度大小为,______________m/s,,小

59、车运动的加速度大小为,______________m/s,2,,AB,的距离应为,______________cm(,保留三个有效数字,).,0.986,2.58,5.99,测量时发现B点已模湖不清,于是他测得AC长为14.56 cm,4.(2008·,高考宁夏卷,),物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数,.,实验装置如图,,,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,,,一端装有定滑轮,;,木板上有一滑块,,,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,,,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接,.,打点计时器使用的交流电源的频率为,50 Hz.,开始实验时,,,在托盘中放入适量砝码,,,滑块

60、开始做匀加速运动,,,在纸带上打出一系列小点,.,4.(2008·高考宁夏卷)物理小组在一次探究活动中测量滑,静电现象教学ppt课件,给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,,0､1､2､3､4､5､6､7,是计数点,,,每相邻两计数点间还有,4,个打点,(,图中未标出,),,计数点间的距离如图所示,.,根据图中数据计算的加速度,a=,__________________________,(,保留三个有效数字,).,0.495~0.497 m/s,2,给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0､1､2､3､4､5,5.,用如图,1-4-15,所示的实验装置测量物体沿斜面匀加速下滑的加速度,,,打点

61、计时器打出的纸带如图,1-4-16,所示,.,已知纸带上各相邻点的时间间隔为,T,,则可以得出打点计时器在打出,C,点时小车的速度大小的表达式为,___________,,小车运动的加速度大小的表达式为,__________.,若测出斜面的长度,l,和斜面右端距桌面的高度,h,,已知重力加速度为,g,,小车的质量为,m,,则可以得出斜面对小车的阻力的表达式为,_____________.,5.用如图1-4-15所示的实验装置测量物体沿斜面匀加速下,静电现象教学ppt课件,静电现象教学ppt课件,6.,某学生在用打点计时器做测定匀变速直线运动的实验时,,,其开始的装配图如图所示,,,其中有错误与

62、不妥之处,,,请把它们找出来,.,6.某学生在用打点计时器做测定匀变速直线运动的实验时,其开,(1) ____.(2) ___.(3) ___.,答案,:(1),电磁打点计时器接的是直流电源,(2),小车离定滑轮端太近,(3),滑轮位置太低,,,致使线的拉力与板面不平行,解析,:(1),电磁打点计时器必须接交流电源,,,而图上所接为直流电源,,,显然是个错误,.,(2),开始时,,,小车离定滑轮端太近,,,向前运动的余地太小致使纸带上留下的计数点过少,,,给测量带来不便,,,产生较大误差,.,(3),滑轮的位置太低,,,致使线的拉力方向与板面不平行,,,阻力大,,,误差也大,.,(1)

63、 ____.(2) ___.(3) ___.,7.(2009·,苏州模拟,),光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,,,其结构如图,(a),所示,,a､b,分别是光电门的激光发射和接收装置,,,当有物体从,a､b,间通过时,,,光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来,,,现利用图,(b),所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数,,,图中,MN,是水平桌面,,Q,是长木板与桌面的接触点,,1,和,2,是固定在长木板上适当位置的两个光电门,,,与之连接的两个光电计时器没有画出,,,长木板顶端,P,点悬有一铅锤,,,实验时,,,让滑块从长木板的顶端滑下,,,7

64、.(2009·苏州模拟)光电计时器是一种研究物体运动情况的,,光电门,1､2,各自连接的计时器显示的挡光时间分别为,1.0 ×10,-2,s,和,4.0×10,-3,s.,用精度为,0.05 mm,的游标卡尺测量滑块的宽度为,d,,其示数如图,(c),所示,.,光电门1､2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0 ×,(1),滑块的宽度,d=_______cm.,(2),滑块通过光电门,1,时的速度,v,1,=_____m/s,,滑块通过光电门,2,时的速度,v,2,=_____m/s.(,结果保留两个有效数字,),(3),由此测得的瞬时速度,v,1,和,v,2,只是一个近似值,,,它们实质

65、上是通过光电门,1,和,2,时的,___________,,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,,,可将,_________,的宽度减小一些,.,1.010,1.0,2.5,平均速度,滑块,(1)滑块的宽度d=_______cm.1.0101.02.,,(3)v,1,､v,2,实质上是通过光电门,1,和,2,时的平均速度,,,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,,,可将滑块的宽度减小一些,.,(3)v1､v2实质上是通过光电门1和2时的平均速度,要使,8.,在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,,,某同学测量数据后,,,通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表所示,.,位置编号,0

66、,1,2,3,4,5,时间,t/s,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,速度,v/(m,·,s,－,1,),0.38,0.63,0.88,1.12,1.38,1.63,8.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,某同学测量数,,(1),分析表中数据可知,,,在误差允许的范围内,,,小车做运动,.,(2),由于此次实验的原始纸带没有保存,,,另一同学想估算小车从位置,0,到位置,5,的位移,,,其估算方法如下,:x=(0.38×0.1+0.63×0.1+0.88×0.1+1.12×0.1+1.38×0.1)m=……,那么,,,该同学得到的位移,____(,选填“大于”“等于”或“小于”,),实际位移,,,为了使计算位移的误差尽可能小,,,你认为采取什么方法更合适,?(,不必算出具体数据,),答案,:(1),匀加速直线,(2),小于,总,(1)分析表中数据可知,在误差允许的范围内,小车做运动.,解析,:(1),由表中数据可以看出,,,小车的速度在相等的时间间隔内增加量在误差允许的范围内相等,,,故小车做匀加速直线运动,.,(2),由,x,的表达式可以看出该同学是用每个,0.1 s