高考物理一輪突破實(shí)驗(yàn) 【實(shí)驗(yàn)操作+能力拓展】 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)【實(shí)驗(yàn)過程】1．儀器安裝：(1)把一端附有滑輪的長(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)木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車的后面。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。2．測(cè)量與記錄：(1)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，再做兩次。(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(diǎn)，從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)開始每5個(gè)點(diǎn)確定1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T＝0.1s。正確使用毫米刻度尺測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計(jì)的表格中。(3)利用某一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度。(4)增減所掛鉤碼的個(gè)數(shù)，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次?！緮?shù)據(jù)處理】1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v-t圖象：(1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)。(2)作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(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)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v-t圖線，它是一條傾斜的直線，如圖所示。2.由實(shí)驗(yàn)得出的v-t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律：(1)直接分析圖象的特點(diǎn)得出。小車運(yùn)動(dòng)的v-t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Δt時(shí)，速度也會(huì)增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化。(2)通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出。既然小車的v-t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v＝kt＋b，顯然v與t成線性關(guān)系，小車的速度隨時(shí)間均勻變化。3．對(duì)紙帶進(jìn)行分段，用Δx＝aT2計(jì)算加速度：若紙帶上計(jì)數(shù)段為偶數(shù)，直接分為前后兩段計(jì)算，若紙帶計(jì)數(shù)段為奇數(shù)，可以舍掉首段進(jìn)行計(jì)算?！菊`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v-t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)量段的平均加速度?！咀⒁馐马?xiàng)】1．平行：紙帶和細(xì)繩要和木板平行。2．兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶。3．防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。4．紙帶選?。哼x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)。5．區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)：計(jì)時(shí)點(diǎn)是指計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)。計(jì)數(shù)點(diǎn)是指測(cè)量和計(jì)算時(shí)在紙帶上所選取的點(diǎn)，要注意“每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”與“每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”取點(diǎn)方法是一樣的，時(shí)間間隔均為0.1s。6．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)過密或過疏而導(dǎo)致誤差過大)，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線，讓各點(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)。教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】(1)如圖所示為“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，按照實(shí)驗(yàn)要求應(yīng)該()A.先釋放小車，再接通電源B．先接通電源，再釋放小車C．釋放小車和接通電源同時(shí)進(jìn)行操作(2)本實(shí)驗(yàn)必須()A．要平衡摩擦力B．要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C．上述兩項(xiàng)要求都不需要(3)如圖所示，在“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，從得到的紙帶中確定五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量得d1＝8.00cm，d2＝17.99cm，d3＝30.00cm，d4＝44.01cm。每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s。則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度vC＝____________m/s，小車的加速度a＝__________m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)類型一不變目的變裝置(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器改為傳感器)【典例2】如圖所示是研究小車運(yùn)動(dòng)s-t圖和v-t圖的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器組成____________傳感器。DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)除傳感器外還需要的主要儀器有__________和計(jì)算機(jī)。(2)測(cè)定加速度，通過位移傳感器獲得小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，小車在AB區(qū)域內(nèi)可視為______________運(yùn)動(dòng)，此區(qū)域內(nèi)小車的加速度a＝__________m/s2，位移是__________m。類型二不變目的變數(shù)據(jù)處理方式(應(yīng)用v-t圖象外的其他圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)處理)【典例3】物理小組的同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材測(cè)定重力加速度。實(shí)驗(yàn)器材有：底座帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電門1和2組成的光電計(jì)時(shí)器，其中光電門1在光電門2的上方，小球釋放器(可使小球無初速度釋放)、網(wǎng)兜。實(shí)驗(yàn)時(shí)可用兩光電門測(cè)量小球從光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2的時(shí)間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h。(1)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖乙所示，則小球直徑為__________cm。(2)改變光電門1的位置，保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過光電門2的速度為v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v四個(gè)物理量之間的關(guān)系式為：h＝__________。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖象如圖丙所示，若圖中直線斜率的絕對(duì)值為k，根據(jù)圖象得出重力加速度g的大小為__________。答案解析教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】(1)如圖所示為“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，按照實(shí)驗(yàn)要求應(yīng)該()A.先釋放小車，再接通電源B．先接通電源，再釋放小車C．釋放小車和接通電源同時(shí)進(jìn)行操作(2)本實(shí)驗(yàn)必須()A．要平衡摩擦力B．要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C．上述兩項(xiàng)要求都不需要(3)如圖所示，在“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，從得到的紙帶中確定五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量得d1＝8.00cm，d2＝17.99cm，d3＝30.00cm，d4＝44.01cm。每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s。則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度vC＝____________m/s，小車的加速度a＝__________m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)【解析】(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該先接通電源，再釋放小車，選項(xiàng)B正確。(2)本實(shí)驗(yàn)不是驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，只需要保持合力恒定即可，選項(xiàng)C正確。(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，有vC＝eq\f(d3－d1,2T)＝1.1m/s，加速度a＝eq\f(d4－d2－d2,4T2)＝2.0m/s2。答案：(1)B(2)C(3)1.12.0創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)類型一不變目的變裝置(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器改為傳感器)【典例2】如圖所示是研究小車運(yùn)動(dòng)s-t圖和v-t圖的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器組成____________傳感器。DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)除傳感器外還需要的主要儀器有__________和計(jì)算機(jī)。(2)測(cè)定加速度，通過位移傳感器獲得小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，小車在AB區(qū)域內(nèi)可視為______________運(yùn)動(dòng)，此區(qū)域內(nèi)小車的加速度a＝__________m/s2，位移是__________m?！窘馕觥?1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置可以知道，信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器組成了位移傳感器；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可以知道，DIS實(shí)驗(yàn)還需要數(shù)據(jù)采集器和處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)；(2)由v-t圖可以知道圖象AB部分為傾斜的直線，因此小車在AB部分做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，圖象的斜率大小等于小車的加速度，因此有：a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1－0.2,0.5)m/s2＝1.6m/s2這段區(qū)域內(nèi)的位移為與橫軸圍成的面積：x＝eq\f(（0.2＋1）×0.5,2)m＝0.3m答案：(1)位移數(shù)據(jù)采集器(2)勻加速直線1.60.3類型二不變目的變數(shù)據(jù)處理方式(應(yīng)用v-t圖象外的其他圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)處理)【典例3】物理小組的同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材測(cè)定重力加速度。實(shí)驗(yàn)器材有：底座帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電門1和2組成的光電計(jì)時(shí)器，其中光電門1在光電門2的上方，小球釋放器(可使小球無初速度釋放)、網(wǎng)兜。實(shí)驗(yàn)時(shí)可用兩光電門測(cè)量小球從光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2的時(shí)間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h。(1)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖乙所示，則小球直徑為__________cm。(2)改變光電門1的位置，保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過光電門2的速度為v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v四個(gè)物理量之間的關(guān)系式為：h＝__________。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖象如圖丙所示，若圖中直線斜率的絕對(duì)值為k，根據(jù)圖象得出重力加速度g的大小為__________。【解析】(1)主尺讀數(shù)為1.1cm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×14mm＝0.70mm＝0.070cm，所以最終讀數(shù)為1.1cm＋0.070cm＝1.170cm。(2)小球經(jīng)過光電門2的速度為v，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得知從開始釋放到經(jīng)過光電門2的時(shí)間t′＝eq\f(v,g)，所以從開始釋放到經(jīng)過光電門1的時(shí)間t″＝t′－t＝eq\f(v,g)－t，所以經(jīng)過光電門1的速度為v′，v′＝gt″＝v－