2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第一章運(yùn)動的描述探究均變速直線運(yùn)動規(guī)律實驗一研究勻變速直線運(yùn)動學(xué)案粵教版

PAGE12-試驗一探討勻變速直線運(yùn)動一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)①不須要平衡摩擦力。②不須要滿意懸掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(1)平行：細(xì)繩、紙帶與長木板平行(2)靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器的位置(3)先后：試驗時先接通電源，后釋放小車；試驗后先斷開電源，后取下紙帶(4)防撞：小車到達(dá)滑輪前讓其停止運(yùn)動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞(5)適當(dāng)：懸掛鉤碼要適當(dāng)，避開紙帶打出的點太少或過于密集二、數(shù)據(jù)處理與分析1.由紙帶推斷物體做勻變速運(yùn)動的方法如圖1所示，0、1、2、…為時間間隔相等的各計數(shù)點，s1、s2、s3、…為相鄰兩計數(shù)點間的距離，若Δs＝s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝C(常量)，則與紙帶相連的物體的運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動。圖12.由紙帶求物體運(yùn)動速度的方法：依據(jù)勻變速直線運(yùn)動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，即vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)。3.利用紙帶求物體加速度的兩種方法(1)用“逐差法”求加速度即依據(jù)s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔)求出a1＝eq\f(s4－s1,3T2)、a2＝eq\f(s5－s2,3T2)、a3＝eq\f(s6－s3,3T2)，再算出平均值即a＝eq\f(s4＋s5＋s6－s1－s2－s3,9T2)。(2)用圖象法求加速度即先依據(jù)vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)求出所選的各計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度，后作出v－t圖象，圖線的斜率即物體運(yùn)動的加速度。相識“兩種儀器”(1)作用：計時儀器，接頻率為50Hz交變電流，每隔0.02s打一次點(2)eq\a\vs4\al(工作,條件)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(電磁打點計時器：4～6V溝通電源,電火花計時器：220V溝通電源))區(qū)分“兩種點”(1)計時點和計數(shù)點計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02s；計數(shù)點是人們依據(jù)須要選擇肯定數(shù)目的點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇點的規(guī)則而定。(2)紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計時點越稀疏。教材原型試驗命題角度試驗原理與試驗操作【例1】某同學(xué)利用如圖2所示裝置探討小車的勻變速直線運(yùn)動。圖2(1)試驗中，必要的措施是________(填選項前的字母)。A.細(xì)線必需與長木板平行B.先接通電源，再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他試驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的溝通電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖3所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm，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2位有效數(shù)字)圖3解析(1)試驗時細(xì)線必需與長木板平行，否則小車不做勻變速運(yùn)動，A正確；試驗起先時要先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，B正確；此試驗中只需保證小車做勻加速運(yùn)動，不用考慮小車與鉤碼的質(zhì)量關(guān)系及平衡摩擦力的問題，C、D錯誤。(2)相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1s，由逐差法可以得出a＝eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)＝0.80m/s2，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s。答案(1)AB(2)0.800.40命題角度數(shù)據(jù)處理與分析【例2】(2024·全國Ⅰ卷，22)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(yùn)動進(jìn)行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖4所示。已知打點計時器所用溝通電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)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3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)。圖4解析物塊加速下滑，因此打點間距漸漸增大，故最先打出的是A點。兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s，依據(jù)eq\o(v,\s\up6(－))＝veq\f(t,2)得C點的速度大小vC＝eq\f(sBD,2T)＝eq\f(（5.85－1.20）×10－2,2×0.1)m/s≈0.233m/s由圖知sAB＝1.20cmsBC＝sAC－sAB＝1.95cmsCD＝sAD－sAC＝2.70cmsDE＝sAE－sAD＝3.45cm由逐差法可得a＝eq\f(（sCD＋sDE）－（sAB＋sBC）,4T2)代入數(shù)值解得物塊下滑的加速度大小a＝0.75m/s2。答案A0.2330.75拓展訓(xùn)練1(2024·江蘇江陰市模擬)某同學(xué)用如圖5甲所示的裝置探究小車做勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，他采納電火花計時器進(jìn)行試驗。圖5(1)請在下面列出的試驗器材中，選出本試驗中不須要的器材填在橫線上(填編號)________。①電火花計時器②天平③4～6V低壓溝通電源④細(xì)繩和紙帶⑤砝碼、托盤和小車⑥刻度尺⑦秒表⑧一端帶有定滑輪的長木板(2)安裝好試驗裝置后，先____________，再____________。紙帶被打出一系列點，其中一段如圖乙所示，可知紙帶的________(填“左”或“右”)端與小車相連。(3)如圖乙所示的紙帶上，A、B、C、D、E為紙帶上所選的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，則vB＝________m/s，a＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析(1)本試驗不須要天平測質(zhì)量，電火花計時器應(yīng)用220V溝通電源，也不用秒表測時間，故不須要的器材為②③⑦。(2)正確的操作依次是在安裝好試驗裝置后先接通電源，再釋放小車。紙帶和小車相連的一端先被打點，此時紙帶速度較小，點間距離較小，故紙帶的左端與小車相連。(3)B點對應(yīng)的速度是vB＝eq\f(\o(AC,\s\up6(－)),2T)＝eq\f(52.0,0.2)×10－3m/s＝0.26m/s，a＝eq\f(\o(CE,\s\up6(－))－\o(AC,\s\up6(－)),（2T）2)＝0.40m/s2。答案(1)②③⑦(2)接通電源釋放小車左(3)0.260.40試驗拓展創(chuàng)新命題角度試驗考查方式的創(chuàng)新【例3】(2024·全國Ⅲ卷，22)甲乙兩位同學(xué)設(shè)計了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測重力加速度的試驗。試驗中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時候拍照。已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲得必要的信息，在此試驗中還必需運(yùn)用的器材是________。(填正確答案標(biāo)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試驗中的運(yùn)用方法。答：_________________________________________________________(3)試驗中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，則該地的重力加速度大小為g＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析(1)利用頻閃照片測重力加速度時須要測量小球下落的距離，因此試驗時必需運(yùn)用米尺。(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上干脆讀出小球下落的距離。(3)依據(jù)Δs＝gT2得重力加速度大小g＝eq\f(bc－ab,T2)＝eq\f(（ac－ab）－ab,T2)＝eq\f(（58.7－24.5－24.5）×10－2,0.12)m/s2＝9.7m/s2。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拓展訓(xùn)練2(2024·四川成都三診)如圖6所示為用頻閃相機(jī)拍攝的羽毛與蘋果同時下落的局部頻閃照片，已知該頻閃相機(jī)每隔Δt時間閃光一次。圖6(1)這個試驗表明：假如我們可以減小________對物體下落運(yùn)動的影響，直至其可以忽視，那么重量不同的物體下落快慢程度將會相同。(2)關(guān)于圖中的s1、s2、s3，下列關(guān)系肯定正確的是____________(填選項字母)。A.s1∶s2∶s3＝1∶4∶9B.s1∶s2∶s3＝1∶3∶5C.2s2＝s3＋s1(3)利用圖片供應(yīng)的信息可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎礸，可知g＝________(填選項字母)。A.eq\f(2s1,（Δt）2) B.eq\f(2（s1＋s2＋s3）,9（Δt）2)C.eq\f(s3－s1,2（Δt）2) D.eq\f(s3－s1,4（Δt）2)解析(1)在試驗中，假如沒有空氣阻力，物體下落快慢程度相同，故不斷減小空氣阻力對物體下落的影響，重量不同的物體下落快慢程度將會趨于相同。(2)因為三段位移間隔時間相同，由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律易知A項錯誤；由于這是局部照片，A點并不肯定是起點，故不肯定能依據(jù)初速度為零的勻變速直線運(yùn)動規(guī)律求解，B項錯誤；依據(jù)s3－s2＝s2－s1可知，2s2＝s3＋s1，C項正確。(3)由Δs＝g(Δt)2可得g＝eq\f(s3－s1,2（Δt）2)，故C項正確。答案(1)空氣阻力(2)C(3)C命題角度試驗情景的拓展【例4】(2024·全國Ⅱ卷，22)如圖7(a)，某同學(xué)設(shè)計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的試驗。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的溝通電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：(a)圖7(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝__________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。(2)某次試驗時，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°。接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止起先沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點跡清楚的一條紙帶，如圖(b)所示。圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)。重力加速度為9.80m/s2，可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________(結(jié)果保留2位小數(shù))。解析(1)鐵塊受重力、木板彈力及摩擦力作用，由牛頓其次定律得mgsinθ－μFN＝ma且FN＝mgcosθ解以上兩式得μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)。(2)由逐差法求鐵塊加速度a＝eq\f(（s5＋s6＋s7）－（s1＋s2＋s3）,12T2)＝eq\f(（76.39－31.83）－20.90,12×0.12)×10－2m/s2≈1.97m/s2代入μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)，得μ≈0.35。答案(1)eq\f(gsinθ－a,gcosθ)(2)0.35拓展訓(xùn)練3(2024·全國Ⅱ卷，22)某同學(xué)探討在固定斜面上運(yùn)動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。運(yùn)用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。圖8試驗步驟如下：①如圖8(a)，將光電門固定在斜面下端旁邊：將一擋光片安裝在滑塊上，登記擋光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止起先下滑；②當(dāng)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Δt；③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動方向的長度[如圖(b)所示]，eq\o(v,\s\up6(－))表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出eq\o(v,\s\up6(－))；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止起先下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；⑥利用試驗中得到的數(shù)據(jù)作出eq\o(v,\s\up6(－))－Δt圖，如圖9所示。圖9完成下列填空：(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小，則eq\o(v,\s\up6(－))與vA、a和Δt的關(guān)系式為eq\o(v,\s\up6(－))＝____________。(2)由圖9可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門的速度為v，則由速度—時間關(guān)系可知v＝vA＋aΔt，且eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(vA＋v,2)聯(lián)立解得：eq\o(v,\s\up6(－))＝vA＋eq\f(1,2)aΔt。(2)將圖線延長交縱軸52.1cm/s處，即為vA，vA＝52.1cm/s，圖線的斜率k＝eq\f(1,2)a＝eq\f(53.6－52.4,（180－32.5）×10－3)cm/s2≈8.14cm/s2，即a＝16.3cm/s2。答案(1)vA＋eq\f(1,2)aΔt(2)52.116.3

1.(2024·吉林省聯(lián)考)圖10甲為測量重力加速度的試驗裝置，H為數(shù)字毫秒計，A、B為兩個相同的光電門，H可以測鐵球兩次擋光之間的時間間隔，閉合開關(guān)S吸住鐵球，斷開S，球下落到A門時毫秒計起先計時，落到B門時停止計時，顯示時間為以肯定初速度通過A、B兩個光電門的時間間隔t。測量A、B間的距離s，現(xiàn)將光電門B緩慢下降到不同位置，測得多組s、t數(shù)值，現(xiàn)畫出eq\f(s,t)隨t改變的圖線為直線，如圖乙所示，直線與縱軸的截距為b、斜率為k，依據(jù)以上信息可知：鐵球經(jīng)過A門處的瞬時速度大小vA＝________，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮＝________。圖10解析由勻變速直線運(yùn)動公式可知s＝vAt＋eq\f(1,2)gt2，解得eq\f(s,t)＝vA＋eq\f(1,2)gt，由圖線可知vA＝b，eq\f(g,2)＝k，則g＝2k。答案b2k2.(2024·河南聯(lián)考)某試驗小組為測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，設(shè)計了如下試驗：A.如圖11所示，把兩個完全相同的光電門A和B安放在粗糙的水平導(dǎo)軌上，用導(dǎo)軌標(biāo)尺量出兩光電門之間距離s；B.滑塊上安裝一寬度為d的遮光板，滑塊以初速度v0沿水平導(dǎo)軌勻減速地先后通過兩個光電門A和B，配套的數(shù)字毫秒計記錄了通過A光電門的時間為Δt1，通過B光電門的時間為Δt2；圖11回答下列問題：(1)計算出通過光電門A的瞬時速度為________(用所給字母表示)；(2)利用題目已知的數(shù)據(jù)，請用字母表示出滑塊的加速度大小為________；(3)若已知滑塊與水平粗糙導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，則試驗小組所在地的重力加速度為________。解析(1)滑塊通過光電門A的瞬時速度近似等于滑塊通過光電門A的平均速度，即vA＝eq\f(d,Δt1)，同理滑塊通過光電門B的瞬時速度vB＝eq\f(d,Δt2)。(2)滑塊沿水平導(dǎo)軌做勻減速運(yùn)動，設(shè)滑塊的加速度大小為a，則有veq\o\al(2,A)－veq\o\al(2,B)＝2as，解得a＝eq\f(（Δteq\o\al(2,2)－Δteq\o\al(2,1)）d2,2Δteq\o\al(2,1)Δteq\o\al(2,2)s)。(3)依據(jù)牛頓其次定律，有μmg＝ma，解得g＝eq\f(a,μ)＝eq\f(（Δteq\o\al(2,2)－Δteq\o\al(2,1)）d2,2μΔteq\o\al(2,2)Δteq\o\al(2,1)s)。答案(1)eq\f(d,Δt1)(2)eq\f(（Δteq\o\al(2,2)－Δteq\o\al(2,1)）d2,2Δteq\o\al(2,1)Δteq\o\al(2,2)s)(3)eq\f(（Δteq\o\al(2,2)－Δteq\o\al(2,1)）d2,2μΔteq\o\al(2,2)Δteq\o\al(2,1)s)3.利用打點計時器探討小車做變速直線運(yùn)動的試驗，得到如圖12甲所示的一條紙帶，在紙帶上共取了A、B、C、D、E、F、G七個計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，從每一個計數(shù)點處將紙帶剪開分成六條(分別為a、b、c、d、e、f)，將這六條紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，得到如圖乙所示的直方圖，最終將各紙帶上端中心連起來，于是得到表示v－t關(guān)系的圖象。已知打點計時器的工作頻率為50Hz，為表示v－t關(guān)系，圖中x軸對應(yīng)的物理量是時間t，y軸對應(yīng)的物理量是速度v。圖12(1)若紙條c的長度為6.0cm，則圖中t3為__________s，v3是紙條c段的__________速度，v3＝________m/s；(保留2位有效數(shù)字)(2)若測得a段紙帶的長度為2.0cm，f段紙帶的長度為12.0cm，則可求出加速度的大小為________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析(1)由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0