2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)增分專(zhuān)題1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)學(xué)案

1、2021版高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)增分專(zhuān)題1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)學(xué)案PAGE PAGE 26實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)考綱要求考情分析命題趨勢(shì)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)2017全國(guó)卷，222017全國(guó)卷，22高考對(duì)本實(shí)驗(yàn)的考查主要側(cè)重于對(duì)打點(diǎn)紙帶的研究通過(guò)打點(diǎn)紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度、計(jì)算加速度、判定物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，同時(shí)要注意此方法的類(lèi)比拓展，如通過(guò)頻閃攝像研究物體運(yùn)動(dòng)、通過(guò)其他“留跡法”研究物體運(yùn)動(dòng)知識(shí)梳理夯實(shí)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打點(diǎn)紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)情況2會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度3利用打點(diǎn)紙帶探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并能畫(huà)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的vt圖象，根據(jù)圖象求加速度二、實(shí)驗(yàn)原

2、理1利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲取記錄物體運(yùn)動(dòng)信息的打點(diǎn)紙帶，通過(guò)紙帶上的點(diǎn)研究物體的運(yùn)動(dòng)2利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4若xx2x1x3x2x4x3則說(shuō)明物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)3速度的求解方法用“平均速度法”求速度，即vneq f(xnxn1,2T)，如圖所示4加速度的求解方法(1)“兩大段法”求加速度，若已知紙帶上x(chóng)1、x2、x3、x4、x5、x6連續(xù)的六段，每段時(shí)間為T(mén)，可分成x1x2x3和x4x5x6兩大段，每大段對(duì)應(yīng)時(shí)間3T，根據(jù)x2x1aT2得(x4x5x6)(x1x2x3)a(3T)2，解得aeq f(x4x5x6x

3、1x2x3,9T2).(2)“逐差法”求加速度，即a1eq f(x4x1,3T2)，a2eq f(x5x2,3T2)，a3eq f(x6x3,3T2)，然后取平均值，即aeq f(a1a2a3,3)eq f(x4x5x6x1x2x3,9T2).(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫(huà)出vt圖象，直線的斜率即加速度的大小三、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線四、實(shí)驗(yàn)步驟1把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路2把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上

4、，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車(chē)的后面實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，放手后，看小車(chē)能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行3將小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車(chē)4小車(chē)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶5換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶測(cè)量分析五、數(shù)據(jù)處理1由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出vt圖象(1)選適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在紙帶上標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起點(diǎn)的距離(2)計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，填入表格，根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)(3)根據(jù)描的點(diǎn)作一條直線，使各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，如圖所示2小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的

5、規(guī)律(1)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的vt圖象是一條傾斜的直線，如圖所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值t，速度也會(huì)增加相同的值v，由此得出結(jié)論：小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化(2)既然小車(chē)的vt圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為vktb，所以小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化六、誤差分析1根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差2電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相等3紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)不穩(wěn)定引起測(cè)量誤差4用作圖法，作出的vt圖象并不是一條直線5木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測(cè)量得到的加速度只能是所測(cè)量的平均加速度七、注意事項(xiàng)1平行紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行2靠近釋放小車(chē)前，應(yīng)使小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置3先后順序?qū)嶒?yàn)時(shí)應(yīng)先接通

6、電源，后釋放小車(chē)；實(shí)驗(yàn)后先斷開(kāi)電源，后取下紙帶4防止碰撞在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地，小車(chē)與滑輪碰撞5減小誤差小車(chē)另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上打的點(diǎn)過(guò)于密集6紙帶選取選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)7準(zhǔn)確作圖在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過(guò)密或過(guò)疏，而導(dǎo)致誤差過(guò)大)，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條平滑曲線，讓各點(diǎn)盡量落到這條曲線上，落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)核心考點(diǎn)分層突破考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與操作例1某同學(xué)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣日?qǐng)完成以下主要實(shí)驗(yàn)步驟：按圖

7、甲安裝實(shí)驗(yàn)器材并連接電源；豎直提起系有重物的紙帶，使重物_靠近_(選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)計(jì)時(shí)器下端；_先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再釋放紙帶_，使重物自由下落；關(guān)閉電源，取出紙帶；換新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)圖乙和丙是實(shí)驗(yàn)獲得的兩條紙帶，應(yīng)選取_乙_(選填“乙”或“丙”)來(lái)計(jì)算重力加速度在實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理都正確的情況下，得到的結(jié)果仍小于當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋饕蚴强諝庾枇蚠紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦_.(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02 s打一次點(diǎn)工作條件eq blcrc (avs4alco1(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：46 V交流電源,電火花計(jì)時(shí)器：220 V交流電源)(2)紙帶上點(diǎn)的意義反映和紙帶相連的

8、物體在不同時(shí)刻的位置通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔考點(diǎn)2數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時(shí)間的變化物塊放在桌面上，細(xì)繩的一端與物塊相連，另一端跨過(guò)滑輪掛上鉤碼打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面左端，所用交流電源的頻率為50 Hz.紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在物塊上啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖乙所示(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)回答下列問(wèn)題：(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為_(kāi)0.56_m/s.在打出

9、D點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為_(kāi)0.96_m/s；(保留兩位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為_(kāi)2.0_m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的速度等于該過(guò)程中的平均速度，所以vBeq f(xAC,2T)eq f(0.046 10.065 9,0.2) m/s0.56 m/s，vDeq f(xCE,2T)eq f(0.086 10.106 1,0.2) m/s0.96 m/s；(2)根據(jù)題意，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)速度公式vDvBa2T，代入數(shù)據(jù)整理可以得到a2.0 m/s2.考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新而知識(shí)

10、舊因此做實(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題1實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測(cè)量方法(1)圖甲中，由遮光片的寬度d和遮光片擋光時(shí)間t求速度veq f(d,t)；(2)圖乙中，由紙帶求速度vneq f(xnxn1,2T).2獲得加速度方法的改進(jìn)長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示eq o(,sup7(替代)靠重物的拉力獲得加速度例3某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過(guò)程中所得到的紙帶的一部分如圖乙所示，圖中標(biāo)出了五個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的距離(1)物塊下滑時(shí)的加速度a_3.25_m/s2，打C點(diǎn)時(shí)物塊

11、的速度v_1.79_m/s；(2)以知重力加速度大小為g，為求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測(cè)量的物理量是_C_.(選填正確答案序號(hào))A物塊的質(zhì)量B斜面的高度C斜面的傾角解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期T0.02 s，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知，加速度aeq f(xCDxDExABxBC,4T2)3.25 m/s2；打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度vCeq f(xBD,2T)1.79 m/s.(2)由牛頓第二定律得加速度agsin gcos ，所以要求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測(cè)量的物理量是斜面的傾角對(duì)應(yīng)演練遷移運(yùn)用1(2017全國(guó)卷)，某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度

12、不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)步驟如下：如圖甲，將光電門(mén)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?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開(kāi)始下滑；當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間t；用s表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，如圖乙所示，eq xto(v)表示滑塊在擋光片遮住光線的t時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出eq xto(v)；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中位置相同，令滑塊由靜止開(kāi)始下滑，重復(fù)步驟；多次重復(fù)步驟；利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出eq xto(v)t圖，如圖丙所示完成下列填空：(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光

13、片前端到達(dá)光電門(mén)時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則eq xto(v)與vA、a和t的關(guān)系式為eq xto(v)_vAeq f(a,2)t_.丙(2)由圖丙可求得，vA_52.1_cm/s，a_16.3_cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析擋光片通過(guò)光電門(mén)的平均速度eq xto(v)等于t時(shí)間段的中間時(shí)刻的速度，由vv0at可知eq xto(v)vAaeq f(t,2)，即eq xto(v)vAeq f(1,2)at，由圖象的截距可知vA52.12 cm/s52.1 cm/s，其斜率keq f(1,2)a，故物體的加速度a2k16.3 cm/s2.2某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究小車(chē)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中

14、，必要的措施是_AB_.A細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行B先接通電源再釋放小車(chē)C小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D平衡小車(chē)與長(zhǎng)木板間的摩擦力他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中未畫(huà)出). s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm.則小車(chē)的加速度a_0.80_m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度vB_0.40_m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析利用長(zhǎng)木板、小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)中，必

15、要的措施是：細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行；先接通電源，再釋放小車(chē)；不需要平衡摩擦力，不需要滿足小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量因此正確選項(xiàng)是A、B由xaT2，T0.10 s和逐差法可得小車(chē)的加速度aeq f(s4s1s5s2s6s3,9T2)0.80 m/s2.利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度vBeq f(s1s2,2T)0.40 m/s.3某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電(1)下列實(shí)驗(yàn)操作中，不正確的有_CD_.A將銅管豎直地固定在限位孔的正下方B紙帶穿過(guò)限位孔，

16、壓在復(fù)寫(xiě)紙下面C用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開(kāi)讓磁鐵下落D在磁鐵下落的同時(shí)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(2)該同學(xué)按照正確的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(記為“實(shí)驗(yàn)”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開(kāi)始下落的一段，確定一合適的點(diǎn)為O點(diǎn)，每隔一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為1,2，8.用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，記錄在紙帶上，如圖乙所示計(jì)算相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度eq xto(v)，粗略地表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，抄入下表，請(qǐng)將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整.位置12345678eq xto(v)(cm/s)24.533.837.8_39.0_39.539.839.839.8(3)分析上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在這

17、段紙帶記錄的時(shí)間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度的變化情況是_逐漸增大到39.8_cm/s_；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_逐漸增大到等于重力_.(4)該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作(記為“實(shí)驗(yàn)”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾乎相同請(qǐng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)是為了說(shuō)明什么？對(duì)比實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可得到什么結(jié)論？解析(1)實(shí)驗(yàn)中必須保證小磁鐵除受重力、磁力外不受其他力的作用，故銅管需豎直地固定在限位孔正下方以保證磁鐵在下落過(guò)程中不與銅管摩擦與碰撞，選項(xiàng)A正確紙帶穿過(guò)限位孔可以保證紙帶的正確方位，置于復(fù)寫(xiě)紙下面可以保證打點(diǎn)清晰，選項(xiàng)B正確釋放紙帶前應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，小磁鐵靜止

18、，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤釋放小磁鐵前應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待其工作穩(wěn)定后方可放開(kāi)紙帶，選項(xiàng)D錯(cuò)誤(2)由圖乙可得eq xto(v)4eq f(5.604.04,20.02) cm/s39.0 cm/s.(3)由表中數(shù)據(jù)可以看出，磁鐵運(yùn)動(dòng)的速度在相等時(shí)間內(nèi)的增量逐漸減小，最終保持39.8 cm/s的速度不變，即磁鐵運(yùn)動(dòng)中加速度逐漸減小，最終為零，則由mgFfma知阻力逐漸增大直到等于重力(4)為了說(shuō)明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用4利用如圖所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度一斜面上安裝有兩個(gè)光電門(mén)，其中光電門(mén)乙固定在斜面上靠近底端處，光電門(mén)甲的位置可移動(dòng)當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門(mén)都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門(mén)甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門(mén)甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離為x，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示x/m0.5000.6000.7000.8000.9000.950t/ms292.937