2021高考物理一輪復習第1章運動的描述勻變速直線運動實驗1研究勻變速直線運動學案

1、實驗一研究勻變速直線運動1練習正確使用打點計時器，學會利用打下點的紙帶研究物體的運動。2掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法(xat2或vt圖象)。3測定勻變速直線運動的加速度。1打點計時器(1)作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f50 hz時，每隔0.02 s打一次點。(2)電源電壓：電磁打點計時器，6 v以下交流電源；電火花計時器，220 v交流電源。(3)處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點，要注意“每5個計時點取一個計數(shù)點”與“每隔4個計時點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的，時間間隔均為0.1 s。2利用紙帶

2、判斷物體運動性質(zhì)的方法(1)沿直線運動的物體，若任意相等時間內(nèi)的位移相等，則物體做勻速直線運動。(2)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4，若xx2x1x3x2x4x3，且對任意時間間隔t均成立，則說明物體在做勻變速直線運動，且xat2。利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的vt圖象，若圖象是一條傾斜的直線，則物體做勻變速直線運動。注：對于一般的直線運動，由于與中間點相鄰的兩點間的時間間隔很短，因此可以用該相鄰兩點間的平均速度表示該中間點的瞬時速度。3由紙帶計算某點的瞬時速度(1)“中間點”的瞬時速度：所謂中間點，是指該點兩側(cè)的數(shù)據(jù)是有效的，可以用

3、來計算這一段的平均速度，如圖甲中的第n點。第n點的瞬時速度vn。(2)“邊緣點”的瞬時速度：所謂“邊緣點”，是指該點的一側(cè)沒有可用的數(shù)據(jù)，或雖有數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)無效，如圖乙中的a、f兩點?！斑吘夵c”的瞬時速度有以下幾種求法：a.先求出加速度，然后根據(jù)vbvaat求出a點瞬時速度，根據(jù)vfveat求出f點瞬時速度；b.根據(jù)勻變速直線運動在相等的時間內(nèi)速度的變化量相等的特點，利用vbvavcvb求出a點瞬時速度，同樣，利用vfvevevd求出f點的瞬時速度；c.根據(jù)xabt。4利用紙帶求物體加速度的兩種方法(1)逐差法若題目給的是偶數(shù)段數(shù)據(jù)(一般是6段)，一般用“逐差法”求物體的加速度，即a1，a2

4、，a3，然后求平均值，即a，這樣所測數(shù)據(jù)全部得到利用，精確度較高。若題目給的是奇數(shù)段數(shù)據(jù)(一般是5段或7段)，一般舍去第一段，接著用如同偶數(shù)段的方法求解。(2)圖象法利用vn求出打各點時物體的瞬時速度，然后作出vt圖象，用vt圖象的斜率求物體運動的加速度。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、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙片。1儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。(2)把一條細繩的一端拴在小車上，細繩跨過滑輪，下端掛上合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，并將紙帶的一端固定在小

5、車的后面。實驗裝置如下圖所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。2測量與記錄(1)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，隨后立即關(guān)閉電源，換上新紙帶，重復三次。(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即t50.02 s0.1 s，如圖所示，正確使用毫米刻度尺測量并計算每相鄰兩計數(shù)點之間的距離。(3)利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得計數(shù)點1、2、3、4、5的瞬時速度。(4)增

6、減所掛鉤碼數(shù)，或在小車上放置重物，再做兩次實驗。1由實驗數(shù)據(jù)得出vt圖象根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標系中仔細描點，作一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應均勻分布在直線的兩側(cè)，偏離直線太遠的點可舍去不要，如圖所示，這條直線就是本次實驗的vt圖象，它是一條傾斜的直線。因此小車做勻加速直線運動，加速度就是vt圖象的斜率。2公式法若x2x1x3x2x4x3，則小車做勻變速直線運動，加速度a。1偶然誤差(1)紙帶上計數(shù)點間距測量有偶然誤差，故要多測幾組數(shù)據(jù)，以盡量減小誤差。(2)用作圖法作圖時描點、畫線不準確。為此在描點時最好用坐標紙，在縱、橫軸上選取合適的

7、單位，用細鉛筆認真描點。2系統(tǒng)誤差(1)紙帶運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時紙帶、細繩要與長木板平行，同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。(2)木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測量得到的加速度只能是所測量段的平均加速度。對此可在木板上鋪一層白紙或換用氣墊導軌。1平行：紙帶、細繩要和長木板平行。2靠近：釋放小車前，應使小車停在靠近打點計時器的位置。3先后順序：實驗時應先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶。4防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地、小車與滑輪碰撞。5減小誤差：細繩另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者

8、速度太小，使紙帶上打的點過于密集。6紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點。7準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能連成折線或曲線，應作一條直線。高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，常常在教材實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設新情景，從原理遷移和數(shù)據(jù)處理技巧方面進行創(chuàng)新。因此，要在掌握基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實驗的原理、方法和技巧解決新問題。1加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度使長木板傾斜靠重力沿斜面的分力獲得加速度；靠重力獲得加速度(自由落體法)；靠摩擦力獲得加速度(勻減速運動)。2瞬時速

9、度的測量方法：由打點紙帶求瞬時速度測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間t，由v求瞬時速度；用滴水針頭代替打點計時器打紙帶求瞬時速度。3加速度的測量方法(1)由打點紙帶利用逐差法求加速度利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度v1，v2，且已知兩個光電門間的距離x，由速度與位移關(guān)系式求加速度，即a；或已知經(jīng)過兩個光電門的時間間隔t，由速度與時間關(guān)系式求加速度，即a。(2)圖象法上的創(chuàng)新，由利用vv0at，作出vt圖線，斜率ka，求得加速度利用v0at，作出t圖線，由k求得加速度a?？键c細研 悟法培優(yōu)考點1實驗原理與實驗步驟例1(2016天津高考)某同學利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1

10、)實驗中，必要的措施是_。a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(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)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頻率為50 hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm。則小車的加速度a_m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打b點時小車的速度vb_ m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)嘗試解答(1)ab_(2)0.80_0.40。(1)若細線與長木板不平行，隨著小車

11、逐漸靠近滑輪，細線與水平方向的夾角增大，小車所受合力隨之變化，因此小車的加速度發(fā)生變化，即小車不做勻變速直線運動，故細線必須與長木板平行，a項必要。先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車，點跡按勻變速運動規(guī)律顯現(xiàn)在紙帶上；若先釋放小車再接通電源，則打點較少，能夠分析的數(shù)據(jù)較少，誤差較大，故b項必要。該實驗研究小車的勻變速直線運動，不要求小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，也不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，故c、d項不必要。(2)交流電的頻率為f50 hz，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔t0.1 s，由逐差法可求小車的加速度。a m/s20.80 m/s2vb m/s0.40 m/s。變式1某同學用如

12、圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動。實驗步驟如下：a安裝好實驗器材；b讓小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列小點，重復幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點開始，每五個點取一個計數(shù)點，如圖乙中a、b、c、d等點；c測出x1、x2、x3、結(jié)合上述實驗步驟，請你繼續(xù)完成下列任務：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)，小車，一端附有滑輪的長木板，細繩，鉤碼，導線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有_。(填選項代號)a電壓合適的50 hz交流電源 b.電壓可調(diào)的直流電源c.秒表d.刻度尺e天平f重錘g彈簧秤h滑動變阻器(2)如果小車做勻加速直線運動，所得紙帶如圖乙

13、所示，則x1、x2、x3的關(guān)系是_，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則打c點時小車的速度大小是_。(3)如果小車做勻加速直線運動，測出前六段相等時間內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則小車的加速度a的表達式為_。答案(1)ad(2)x3x2x2x1(3)解析(1)打點計時器應使用交流電源，測量位移需要用到刻度尺，故選a、d。(2)因小車做勻加速直線運動，所以x3x2x2x1，c點為bd段的時間中點，則c點的瞬時速度等于該段的平均速度，vc。(3)打點計時器打點的時間間隔是t，則t5t，由逐差法可得a。考點2數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2在做“研究勻變

14、速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖甲所示，并在其上取了a、b、c、d、e、f、g 7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出，電火花計時器接220 v、50 hz交流電源。(1)設電火花計時器的周期為t，計算e點的瞬時速度ve的公式為ve_。(2)他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打b、c、d、e、f各點時物體的瞬時速度如下表。以a點對應的時刻為t0，試在圖乙所示坐標系中合理地選擇標度，作出vt圖象，并利用該圖象求出物體的加速度a_ m/s2。對應點bcdef速度(m/s)0.1410.1800.2180.2620.301(3)如果當時電網(wǎng)中交變電流的電

15、壓變成210 v，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)。嘗試解答(1)(2)圖見解析0.40(3)不變。(1)利用“中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度”求e點的速度，可得ve。(2)用描點法作出vt圖象如圖所示，由圖線的斜率求出加速度a0.40 m/s2。(3)電網(wǎng)中交變電流的電壓變化，并不改變電火花計時器的打點周期，故測量值與實際值相比不變。變式2(2020唐山高三摸底)某學習小組為了測當?shù)刂亓铀俣?，根?jù)已有器材，設計如下實驗。一較長鐵質(zhì)窄薄板用細線懸掛。在其下端附近，固定一小電動機，電動機轉(zhuǎn)軸固定一毛筆。電動機可使毛筆水平勻速轉(zhuǎn)

16、動。調(diào)整薄板與毛筆尖端的距離，可使毛筆在薄板上留下清晰的細線，如圖甲所示。啟動電動機，待毛筆連續(xù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動后，燒斷細線，薄板豎直下落。圖乙是實驗后，留有清晰墨跡的薄板。取底端某清晰的線記為o，每隔4條細線取一計數(shù)線，分別記為a、b、c、d。將毫米刻度尺零刻線對準o，依次記錄a、b、c、d位置讀數(shù)為10.57 cm、30.9 cm、60.96 cm、100.78 cm，已知電動機轉(zhuǎn)速為3000 r/min。(1)以上刻度尺讀數(shù)有一數(shù)值記錄不規(guī)范，正確記錄值應_ cm。(2)相鄰計數(shù)線之間的時間間隔為_ s。(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，測得當?shù)刂亓铀俣葹開 m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。答案(1)30

17、.90(2)0.1(3)9.75解析(1)記錄結(jié)果應估讀到毫米的下一位，正確讀數(shù)應為30.90 cm。(2)電動機轉(zhuǎn)速3000 r/min50 r/s，所以每隔0.02 s畫線一次，相鄰計數(shù)線之間的時間間隔為0.1 s。(3)利用逐差法求重力加速度，即g m/s29.745 m/s29.75 m/s2。考點3實驗拓展與創(chuàng)新例3利用如圖甲所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度。一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動。當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至光電門乙所用的時間t。改變光電門甲的位置進行多

18、次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離x，記下相應的t值。所得數(shù)據(jù)如下表所示。x/m0.5000.6000.7000.8000.9000.950t/ms292.9371.5452.3552.8673.8776.4/(ms1)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作圖：(1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v、測量值x和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是_。(2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖乙給出的坐標紙上畫出t圖線。(3)由所畫出的t圖線，得出滑塊加速度的大小為a_ m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。嘗試

19、解答(1)v(2)如圖所示(3)2.0(答案在1.82.2范圍內(nèi)都可)。(1)滑塊從光電門甲到光電門乙，中間時刻的瞬時速度等于該段的平均速度，即v，則經(jīng)過光電門乙時的速度為v，整理可得v。(2)見嘗試解答圖。(3)由v，可知t圖象中圖線斜率的絕對值|k|，由圖線可知|k|1.0 m/s2，故a2|k|2.0 m/s2。變式3某課外活動小組利用位移傳感器測量小物塊沿某斜面滑下時的加速度。如圖甲所示，位移傳感器與電腦相連后固定于斜面的底端，已知位移傳感器可以測量小物塊與傳感器的間距x并通過數(shù)據(jù)線輸入電腦。現(xiàn)用小錘打擊置于斜面頂端的小物塊，使之沿斜面滑下，以x為縱軸，以時間t為橫軸，得到如圖乙所示的

20、xt圖象，圖中的斜虛線為圖線的切線，切點為(0,100 cm)。(1)小物塊被打擊后獲得的初速度大小為_。(2)t0.4 s時速度大小為_。(3)小物塊的加速度大小為_。答案(1)2 m/s(2)1 m/s(3)2.5 m/s2解析(1)由圖象可知，初速度大小v2 m/s。(2)t0.4 s時的瞬時速度等于0.20.6 s內(nèi)的平均速度，即 m/s1 m/s。(3)連續(xù)相等時間(0.2 s)位移差為10 cm，由xat2，解得a2.5 m/s2。高考模擬 隨堂集訓1(2019全國卷)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知

21、打點計時器所用交流電的頻率為50 hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在a、b、c、d、e五個點中，打點計時器最先打出的是_點。在打出c點時物塊的速度大小為_ m/s(保留三位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為_ m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。答案a0.2330.75解析物塊加速下滑，因此打點間距逐漸增大，故先打出a點。打c點時物塊的速度大小vc m/s0.233 m/s。物塊下滑的加速度大小a m/s20.75 m/s2。2(2019全國卷)甲乙兩位同學設計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照。已

22、知相機每間隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是_。(填正確答案標號)a米尺 b.秒表 c.光電門 d.天平(2)簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。答：_。(3)實驗中兩同學由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm，則該地的重力加速度大小為g_ m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)a(2)將米尺豎直放置，使小球下落時盡量靠近米尺(3)9.7解析(1)利用頻閃照片測重力加速度時需要測量小球下落的距離，因此實驗中還必須使用米尺，a正確。(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上直接讀出小球下落

23、的距離。(3)根據(jù)sgt2得重力加速度大小g m/s29.7 m/s2。3(2017全國卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖a所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖b記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴)(1)由圖b可知，小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據(jù)圖b的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖b中a點位置時的速度大小為_ m/s，加速度大小為_ m/s2。(結(jié)果均保

24、留兩位有效數(shù)字)答案(1)從右向左(2)0.190.039解析(1)小車運動時由于摩擦力的作用，速度逐漸減小，滴水計時器滴下水滴的間距逐漸變小，因此小車從右向左運動。(2)滴水的時間間隔t s0.65 s小車運動到a點位置時的瞬時速度va m/s0.19 m/s根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a m/s20.039 m/s2因此加速度的大小為0.039 m/s2。4(2017全國卷)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下：如圖a，將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t；用s表示擋光片沿運動方向的長度(如圖b所示)，表示滑塊在擋光片遮住光線的t時間內(nèi)的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋