2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)夯實核心素養(yǎng)-實驗：勻變速直線運動的研究（原卷版）

第一章運動的描述勻變速直線運動的研究

1.4實驗：勻變速直線運動的研究

必備知識清單

1.實驗器材

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(xì)繩、鉤

碼、―、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙.

2.實驗原理(如圖1所示)

3.實驗步驟

(1)按照如圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板—的一端，接好電源；

(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定

在小車后面；

(3)把小車停在靠近打點計時器處，先,后；

(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶：

(5)換紙帶重復(fù)實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量分析.

4.注意事項

(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行.

(2)兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙

帶.

(3)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞.

(4)減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度測量的相對誤差，加速度大小以能

在約50cm的紙帶上清楚地取出6~7個計數(shù)點為宜.

(5)小車從靠近打點計時器位置釋放.

5.數(shù)據(jù)處理

⑴目的

通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，分析物體的運動性質(zhì)等.

(2)方法

①分析物體的運動性質(zhì)——測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是

否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質(zhì).

②利用逐差法求解平均加速度

x4—xlx5~x2x6~x3a\+a2+a3(x4+x5+x6)—(xl+x2+x3)

372'02-372'ai~372^a~3-972

xn+xn+1(/n+1-dn-\

③利用平均速度求瞬時速度:

IT-2T

④利用速度一時間圖象求加速度

a.作出速度一時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；

b.剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度.

6.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動

(1)X1、X2、X3…%是相鄰兩計數(shù)點間的距離.

(2)Ax是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：AX|=X2—XpA%2=X3—X2….

(3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：7=0.02〃s(打點計時器的頻率為50Hz,〃為兩計數(shù)點

間計時點的間隔數(shù)).

(4)Ax=a7^,只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之

差就一定相等.

命題點精析(一)紙帶數(shù)據(jù)處理

【例1】如圖是某同學(xué)在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶.

I—Q0.90,-1.1OT

ABCD

????

(1)已知打點計時器電源頻率為50Hz,則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為.

(2)4、B、C、。是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出.從圖

中讀出/、8兩點間距》=；C點對應(yīng)的速度是(計算結(jié)果保留兩位有效

數(shù)字).

【練1】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(jìn)行

探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點計時器所用

交流電的頻率為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4、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）。

012345678910

卜川||川|||1||川||川|||川|川||川liiiihidi川hii/iiiih川liiiihidiiiil川

【練2】在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學(xué)得到一條用打點計時

器打下的紙帶，如圖所示，各個計數(shù)點已經(jīng)在紙帶上標(biāo)出，圖中每相鄰兩個計

數(shù)點間還有4個點沒有畫出，打點計時器接頻率/三50Hz的交流電源。

01234567X

（i）該實驗平衡摩擦力，滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于木

塊的質(zhì)量（均選填“需要”或“不需要”）；

（2）打下計數(shù)點6時紙帶的速度邊=（用給定字母表示）；

（3）木塊加速度為a=（用給定字母表示）；

（4）如果交變電流頻率介50Hz,但當(dāng)時做實驗的同學(xué)并不知道，那么測得

的加速度值比真實值（選填“偏大”或“偏小”）o

命題點精析（二）實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析

【例2】用圖甲所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。

主要實驗步驟如下:

a.安裝好實驗器材。接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)

幾次。

b.選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點0（7=0）,然

后每隔相同的時間間隔7選取一個計數(shù)點，如圖乙中/、B、C、D、E、尸??所

zjKo

.4pg?!一

乙

c.通過測量、計算可以得到在打/、B、C、D、￡…點時小車的速度，分

別記作。1、02、。3、。4、。5…

d.以速度。為縱軸、時間，為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如

圖丙所示。

結(jié)合上述實驗步驟,

(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有和(填選項前的

字母)。

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(含祛碼)

(2)在圖丙中已標(biāo)出計數(shù)點/、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計

數(shù)點。對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出。一,圖像。

(3)觀察。一/圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是

V-t圖像斜率的物理意義是o

(4)描繪。一/圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度

Ax

陽表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對△，的要求是(選

填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的△刀大小與速度

測量的誤差(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。

(5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)

時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖丁所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次

實驗，驗證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用

伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。

T

【練2】小華同學(xué)在“研究勻變速直線運動的特點”實驗中，選出了如圖甲所

示的一條紙帶(每兩個點間還有4個點沒有畫出)。打點計時器的電源頻率為50

Hzo

單位：cm

5.007.109.1010.8112.7015.10

?ITTTT廠i

0ABCDEF

甲

(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計算E點時小車的瞬時速度并填入表中。

位置ABCDE

u/(m?s-1)0.610.811.001.18

(2)小華同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖乙中畫出了小車的v-t圖像。請你根據(jù)V-

/圖像：判斷小車做的是(填寫選項前的字母)。

A.勻速直線運動

B.勻變速直線運動

C.非勻變速直線運動

(3)小紅同學(xué)用以下方法繪制了小車運動的。一/圖像：

第一、先把紙帶每隔0」s剪斷，得到若干短紙條；

第二、再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為時間

坐標(biāo)軸，標(biāo)出時間；

第三、將紙條上端中心連起來，于是得到。一/圖像。

請回答這樣做（選填“可行”或“不可行”），簡要說明其理

由

核心素養(yǎng)大提升

創(chuàng)新實驗

創(chuàng)新角度實驗裝置圖創(chuàng)新解讀

擋光片1滑.塊在斜面上靠重力沿斜面向下的分

、光電門力與摩擦力的合力獲得加速度

滑塊

2.擋光片經(jīng)過光電門的平均速度作為

(a)

滑塊速度

■,-----As------?

運動方向

實驗原理3.平均速度的大小與擋光片的長度有

前立

的創(chuàng)新(b)關(guān)

1.物塊在斜面上靠重力沿斜面向下的分

打點計

紙帶號器物塊力與摩擦力的合力獲得加速度

斜2.由紙帶確定物塊的加速度

3.結(jié)合牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)

水1.用滴水針頭替代打點計時器打紙帶

實驗器材

滴水.小車在水平桌面上因摩擦做勻減速

針頭、2

的創(chuàng)新，1〃，〃〃〃，〃〃〃，，〃，〃〃〃〃，

k運動

1.鐵球靠重力產(chǎn)生加速度

2.鐵球由Z到6的時間可由數(shù)字毫秒

實驗過程1X

C表讀出

的創(chuàng)新

方門0

甲乙X

3.鐵球的加速度由--/圖線分析得出

t

【例31

某興趣小組利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度。鐵架臺豎直放

置，上端固定電磁鐵V,A.8為位置可調(diào)節(jié)的光電門，均與數(shù)字計時器N相

連。

實驗步驟如下：

①接通M的開關(guān)，吸住小球；

②將/固定在小球下方某一位置，調(diào)節(jié)8的位置并固定，測出3和8之間

的距離h\；

③斷開M的開關(guān)，小球自由下落，記錄小球從3到8的時間，N重復(fù)測量

3次對應(yīng)于肌的時間，平均值為不

④保持4位置不變而改變6的位置并固定，測出〃和8之間的距離〃2,重

復(fù)測量3次對應(yīng)于厲的時間，平均值為打。

完成下列問題：

（1）本實驗所用器材有：鐵架臺、電源、電磁鐵、光電門、數(shù)字計時器、小

球和（填入正確選項前的字母）。

A.天平B.刻度尺C.游標(biāo)卡

尺

（2）重力加速度大小可表示為g=（用加、小心、介表

示）。

（3）另一組同學(xué)也利用該裝置測量重力加速度，如果實驗過程中保持B的位

置不變而改變/的位置，那么該組同學(xué)（選填“能”或“不能”）正確

測得重力加速度。

【練3】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，如圖甲所示.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，圖乙記錄了桌面上

連續(xù)的6個水滴的位置.（己知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴）

水