一輪復(fù)習(xí)學(xué)案實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動的特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)溯本求源●注意事項(xiàng)1．平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行．2．靠近：釋放小車前，應(yīng)使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置．3．一先一后：實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車；實(shí)驗(yàn)后先斷開電源，后取下紙帶．4．減小誤差：小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免速度過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)過于密集．5．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)．6．準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線．●誤差分析1．使用刻度尺測計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離時(shí)有誤差．2．作v-t圖象時(shí)出現(xiàn)作圖誤差．3．電源頻率不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相同．實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)題型1|實(shí)驗(yàn)原理與操作例1在“測定勻變速直線運(yùn)動加速度”的實(shí)驗(yàn)中：(1)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有________．(填選項(xiàng)代號)A．電壓合適的50Hz交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(2)實(shí)驗(yàn)過程中，下列做法正確的是______．(填選項(xiàng)代號)A．先接通電源，再使紙帶運(yùn)動B．先使紙帶運(yùn)動，再接通電源C．將接好紙帶的小車停在靠近滑輪處D．將接好紙帶的小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處題型2|實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析例2在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中．(1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計(jì)．其中在本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是________．(2)如圖甲所示是某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的記錄小車運(yùn)動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.表中列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、F三點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，請?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D、E兩點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度．對應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度/(m·s－1)0.7370.8010.994(3)以A為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖乙的坐標(biāo)圖中畫出小車的速度—時(shí)間圖線．(4)根據(jù)畫出的小車的速度—時(shí)間圖線計(jì)算出小車的加速度大小a＝________m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．(5)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝49Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實(shí)際值______(填“偏大”“偏小”或“相同”)．練1[2019·全國卷Ⅰ]某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時(shí)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所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出．在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是________點(diǎn)．在打出C點(diǎn)時(shí)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)．練2[2020·浙江名校6月聯(lián)考]利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動，重復(fù)幾次；②選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(即t＝0)，然后每隔0.1s取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖乙中的A、B、C、D、E、F點(diǎn)；③通過測量和計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5；④以速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖丙所示．綜合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請你完成下列問題：(1)在下列儀器和器材中，還必須使用的有__________和________(填選項(xiàng)前的字母)．A．電壓合適的50Hz的交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)根據(jù)圖丙中描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)，畫出小車速度隨時(shí)間變化的v-t圖線．(3)觀察v-t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動，其依據(jù)是________________________．根據(jù)v-t圖象計(jì)算出小車的加速度大小a＝________m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新題型1利用光電門——測量速度和加速度例3[2021·湖南四大名校聯(lián)考]某物理小組利用DIS裝置測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．在鐵架臺上安裝有兩個(gè)光電門(與數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)的連接均未畫出)，光電門A固定，光電門B的位置可上下移動，實(shí)驗(yàn)前調(diào)整兩光電門的位置，使小鐵球沿圖甲中虛線通過兩光電門．(1)用游標(biāo)卡尺測量小鐵球的直徑，測量結(jié)果如圖乙所示，可知其直徑D＝________mm.(2)在小鐵球自由下落過程中，小組成員用計(jì)時(shí)裝置測出小鐵球通過光電門A時(shí)的遮光時(shí)間為ΔtA，并用小鐵球通過光電門的平均速度表示小鐵球球心通過光電門的瞬時(shí)速度，則小鐵球通過光電門A的瞬時(shí)速度為vA＝________.(用實(shí)驗(yàn)中測得的物理量符號表示)(3)光電門A的位置不變，小組成員多次改變并測出光電門B到光電門A之間的距離h，實(shí)驗(yàn)時(shí)使小鐵球每次從同一位置無初速度釋放．根據(jù)每次小鐵球通過光電門B時(shí)的遮光時(shí)間，計(jì)算出小鐵球經(jīng)過光電門B時(shí)對應(yīng)的速度vB，在坐標(biāo)系中作出vB2與h的關(guān)系圖線，如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字題型2|利用閃光照片測重力加速度例4[2020·江蘇卷，11]疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主開展實(shí)驗(yàn)探究．用手機(jī)拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，?shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．圖1(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實(shí)驗(yàn)中下落物體的是________．(2)下列主要操作步驟的正確順序是________．(填寫各步驟前的序號)①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③手機(jī)固定在三角架上，調(diào)整好手機(jī)鏡頭的位置④打開手機(jī)攝像功能，開始攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如圖2所示．已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時(shí)間間隔為16s，刻度尺的分度值是1mm，由此測得重力加速度為________m/s2圖2(4)在某次實(shí)驗(yàn)中，小明釋放小球時(shí)手稍有晃動，視頻顯示小球下落時(shí)偏離了豎直方向．從該視頻中截取圖片，________(選填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度．題型3|利用其他設(shè)備研究勻變速直線運(yùn)動例5某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間．實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖(a)所示．實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運(yùn)動過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置．(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)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(yùn)動的．(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動．小車運(yùn)動到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)練3[2020·全國卷Ⅱ，22]一細(xì)繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示．一實(shí)驗(yàn)小組用此裝置測量小球B運(yùn)動的加速度．令兩小球靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球，測得小球B釋放時(shí)的高度h0＝0.590m，下降一段距離后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的時(shí)間T＝0.730s．由此求得小球B加速度大小為a＝________m/s2(保留3位有效數(shù)字)．從實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間＝9.80m/s2.根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算可得小球B加速度的大小為a′＝________m/s2(保留3位有效數(shù)字)．可以看出，a′與a有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.練4[2021·湖北四校期中聯(lián)考]如圖甲所示為用光電門測定鋼球下落時(shí)受到的阻力大小的實(shí)驗(yàn)裝置(下落過程鋼球受到的空氣阻力大小不變)．直徑為d、質(zhì)量為m的鋼球自由下落的過程中，先后通過光電門A、B，計(jì)時(shí)裝置測出鋼球通過A、B所用的時(shí)間分別為ΔtA、ΔtB.用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度，測出兩光電門間的距離為h，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.(1)如圖乙用螺旋測微器測量鋼球的直徑，讀數(shù)為______mm.(2)鋼球下落過程中受到的空氣阻力Ff＝________(用題中所給物理量符號來表示)．(3)本題用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度，但從嚴(yán)格意義上講是不準(zhǔn)確的，實(shí)際上鋼球通過光電門的平均速度________(填“>”或“<”)鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度．實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究例1解析：(1)本實(shí)驗(yàn)需要的電源是電壓合適的交流電源，還需要用刻度尺測量紙帶點(diǎn)跡間的距離，故選A、C.(2)實(shí)驗(yàn)過程中，要先接通電源，等到打點(diǎn)穩(wěn)定后，再使紙帶運(yùn)動，要將接好紙帶的小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，這樣可以打出較多的點(diǎn)，故選A、D.答案：(1)AC(2)AD例2解析：(1)本實(shí)驗(yàn)不需要測量力的大小，因此不需要的器材是彈簧測力計(jì)．(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度可知，vD＝x3+x42T＝0.864m/s，v(3)小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線如圖所示．(4)由小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線可得，小車的加速度大小a＝ΔvΔt＝1.00-0.700.51-0.04m/s2(5)當(dāng)交變電流的頻率f＝49Hz時(shí)，實(shí)際周期大于0.02s，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式Δx＝aT2可知，加速度的測量值比實(shí)際值偏大．答案：(1)彈簧測力計(jì)(2)0.8640.928(3)見解析圖(4)0.64(5)偏大練1解析：物塊沿傾斜的木板加速下滑時(shí)，紙帶上打出的點(diǎn)逐漸變疏，故A點(diǎn)為最先打出的點(diǎn)．vC＝xBD2T＝(5.86a＝xCE-xAC2T2＝答案：A0.2330.75練2解析：(1)該實(shí)驗(yàn)所使用的電源應(yīng)為交流電源，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；刻度尺用來測量紙帶上的點(diǎn)之間的距離，所以必須要有刻度尺，選項(xiàng)C正確；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身就是計(jì)時(shí)的儀器，故不需要秒表，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此實(shí)驗(yàn)與重物質(zhì)量無關(guān)，選項(xiàng)E錯(cuò)誤．(2)v-t圖線如圖所示．畫圖線時(shí)要注意使盡可能多的點(diǎn)分布在該直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能地分布在直線的兩側(cè)．(3)v-t圖線是一條傾斜的直線，斜率表示小車的加速度，圖線斜率恒定，說明小車做勻變速直線運(yùn)動，根據(jù)圖象可計(jì)算出小車的加速度大小為a＝0.99-0.670.5m/s2＝0.64m/s2答案：(1)AC(2)見解析(3)v-t圖象是一條傾斜的直線0.64(結(jié)果在0.62～0.66之間均可)例3解析：(1)游標(biāo)卡尺的精確度為1mm20＝0.05mm，則小鐵球直徑D＝9mm＋10×0.05mm＝(2)小鐵球直徑較小，經(jīng)過光電門的平均速度近似等于瞬時(shí)速度，即vA＝DΔ(3)根據(jù)速度與位移之間的關(guān)系可得vB2－vA2＝2gh，變形可得vB2＝2gh＋vA2，圖象斜率k＝2g＝8.52-3.710.25m/s2，解得g＝答案：(1)9.50(2)D例4解析：(1)根據(jù)題中提供的小球和測量要求可得出要使用小鋼球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與乒乓球、小塑料球相比，小鋼球下落相同高度獲得的速度更大，可以減小實(shí)驗(yàn)誤差．(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，可以得出先固定刻度尺，然后固定手機(jī)調(diào)好手機(jī)鏡頭位置，打開手機(jī)攝像功能進(jìn)行攝像，最后捏住小球，使小球由靜止下落，即步驟為①③④②.(3)圖2左側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為2.00cm，中間圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為26.00cm，右側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為76.70cm，由逐差法可得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝76.70-26.00-(26.00-2.00)162×10－2m/s2＝9.6m/s2.(4)答案：(1)小鋼球(2)①③④②(3)9.6(9.5～9.7都算對)(4)仍能例5解析：(1)小車受到摩擦力作用做減速運(yùn)動，水滴間距離逐漸減小，故小車從右向左運(yùn)動．(2)滴水的時(shí)間間隔T＝3045s＝23s，小車運(yùn)動到A點(diǎn)時(shí)的速度v＝0.117+0.1332×23m/s≈0.19m/s，小車的加速度a＝0.150+0.133答案：(1)從右向左(2)0.190.037練3解析：小球B做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，有h0－h(huán)＝12aT2，解得a＝1.84m/s2.對B由牛頓第二定律有mBg－F＝mBa′，對A由牛頓第二定律有F′－mAg＝mAa′，F(xiàn)′＝F，解得a′＝(mB-mA)gmB+答案：1.841.96滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量練