高考物理一輪復習第一章實驗一研究勻變速直線運動教案新人教版

實驗一研究勻變速直線運動命題點一教材原型實驗用圖1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，重復幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示．結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務：(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(含砝碼)(2)在圖3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的坐標點，請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點，并畫出v-t圖象．(3)觀察v-t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是_______________________________________________________．v-t圖象斜率的物理意義是_______________________________．(4)描繪v-t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關”或“無關”)．【解析】本題考查研究勻變速直線運動規(guī)律的實驗．(1)打點計時器所用電源為50Hz的交流電源，測量各計數(shù)點間距離需用刻度尺．(2)圖見答案．(3)因為小車的速度隨時間均勻變化，所以小車做勻加速直線運動．由勻加速直線運動中速度v＝v0＋at，可知v-t圖象斜率的物理意義是加速度．(4)eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，若用eq\x\to(v)表示瞬時速度，Δt越小越好，而選取的Δx大小會影響速度測量值與真實值的偏差大?。敬鸢浮?1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時間均勻變化加速度(4)越小越好有關1．某同學利用打點計時器研究做勻加速直線運動的小車的運動情況，如圖1所示為該同學實驗時打出的一條紙帶中的部分計數(shù)點(后面計數(shù)點未畫出)，相鄰計數(shù)點間有4個點跡未畫出(打點計時器每隔0.02s打出一個點)．(1)為研究小車的運動，此同學用剪刀沿虛線方向把紙帶上OB、BD、DF等各段紙帶剪下，將剪下的紙帶一端對齊，按順序貼好，如圖2所示．簡要說明怎樣判斷此小車是否做勻變速直線運動：各段紙帶上方左上角(或上方中點、上方右上角)或各段紙帶中點分別在一條直線上，或每段紙帶比前一段紙帶增加的長度相同(答對一條即可)．(2)在圖1中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.31cm、x4＝8.94cm、x5＝9.57cm、x6＝10.20cm，則打下點跡A時，小車運動的速度大小是0.74m/s，小車運動的加速度大小是m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．解析：(1)若各段紙帶上方左上角、上方中點、上方右上角或各段紙帶的中點分別在一條直線上，則說明小車做勻變速直線運動．(2)打下點跡A時，小車運動的速度大小等于小車打下O、B兩點過程中的平均速度，即vA＝eq\f(x1＋x2,2T)a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，代入數(shù)據(jù)可得a＝0.63m/s2.1在研究勻變速直線運動的實驗中，只需保證小車做勻變速直線運動，與加速度的大小和決定其大小的因素無關，因此沒有必要要求小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量及平衡摩擦力.2為了減小誤差，計算加速度時應用逐差法.B點為A、C的中間時刻點，在勻變速直線運動中，中間時刻的速度等于該段時間內(nèi)的平均速度命題點二實驗拓展創(chuàng)新1．情景拓展2．改進獲取數(shù)據(jù)的方法(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度eq\o(→,\s\up17(改進))長木板傾斜靠重力獲得加速度．(2)速度的測量方法：由打點紙帶求速度eq\o(→,\s\up17(改進))測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt，由v＝eq\f(d,Δt)求速度．(3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度eq\o(→,\s\up17(改進))利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度，由速度—位移關系式求加速度．類型1實驗情景創(chuàng)新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(a)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(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置．(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的．(2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動．小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)由于小車在水平桌面上運動時必然受到阻力作用，做勻減速直線運動，相鄰水滴(時間間隔相同)的位置間的距離逐漸減小，所以由題圖(b)可知，小車在桌面上是從右向左運動的．(2)滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴，其滴水的時間間隔為T＝eq\f(30,46－1)s＝eq\f(2,3)s．根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，可得小車運動到題圖(b)中A點位置時的速度大小為vA＝eq\,2T)m/s≈0.19m/s.根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a＝eq\f(x4＋x5－x1－x2,6T2)＝eq\f(100＋83－150－133,6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))2)m/s2≈－0.037m/s2.因此加速度的大小為0.037m/s2.【答案】2．(2019·福建質(zhì)檢)圖甲為在氣墊導軌上研究勻變速直線運動的示意圖，滑塊上裝有寬度為d(很小)的遮光條，滑塊在鉤碼作用下先后通過兩個光電門，用光電計時器記錄遮光條通過光電門1的時間Δt以及遮光條從光電門1運動到光電門2的時間t，用刻度尺測出兩個光電門之間的距離x.(1)用游標卡尺測量遮光條的寬度d，示數(shù)如圖乙，則d＝0.75cm.(2)實驗時，滑塊從光電門1的右側(cè)某處由靜止釋放，測得Δt＝50ms，則遮光條經(jīng)過光電門1時的速度v＝0.15m/s.(3)保持其他實驗條件不變，只調(diào)節(jié)光電門2的位置，滑塊每次都從同一位置由靜止釋放，記錄幾組x及其對應的t，作出eq\f(x,t)-t圖象如圖丙，其斜率為k，則滑塊加速度的大小a與k的關系可表達為a＝2k.解析：(1)由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)應為d＝7mm＋5×0.1mm＝7.5mm＝0.75cm.(2)由于擋光時間極短，因此滑塊通過光電門的速度等于擋光時間內(nèi)的平均速度，則v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(0.75×10－2m,50×10－3s)＝0.15m/s.(3)滑塊由光電門1運動到光電門2的過程中，由位移公式x＝vt＋eq\f(1,2)at2，整理得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at＋v，因此可知圖象的斜率k＝eq\f(1,2)a，則加速度a＝2k.類型2實驗方法拓展某研究性學習小組用圖1裝置來測定當?shù)刂亓铀俣?，主要操作如下：①安裝實驗器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上；②打開試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計時器記錄小鐵球在兩個光電門間的運動時間t，并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h，計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v；③保持光電門1的位置不變，改變光電門2的位置，重復②的操作．測出多組(h，t)，計算出對應的平均速度v；④畫出v-t圖象．請根據(jù)實驗，回答如下問題：(1)設小鐵球到達光電門1時的速度為v0，當?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達式為________．(用v0、g和t表示)(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表：實驗次數(shù)123456h(cm)t(s)v(m·s－1)請在圖2坐標紙上畫出v-t圖象．(3)根據(jù)v-t圖象，可以求得當?shù)刂亓铀俣萭＝________m/s2，試管夾到光電門1的距離約為________cm.(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律：一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得v＝v0＋eq\f(1,2)gt.(2)描點畫圖，如圖所示．(3)根據(jù)v＝v0＋eq\f(1,2)gt可知v-t圖象的斜率k＝eq\f(g,2)，解得g≈9.7m/s2；圖象與縱軸的截距為小球經(jīng)過光電門1時的速度v0，約為1.12m/s，根據(jù)veq\o\al(2,0)＝2gh得h≈6.5cm.【答案】(1)v＝v0＋eq\f(1,2)gt(2)見解析圖(3)9.7(9.5～9.9均可)6.5(6.3～6.7均可)1研究勻變速直線運動，除了課本基本方法之外，常用方法還有落體法、滴水法及閃光照片來研究.2對于創(chuàng)新性實驗，弄清實驗原理是解題關鍵.1．某同學用如圖甲所示的裝置測定重力加速度：(1)電火花計時器的工作電壓為交流220V，頻率為50Hz.(2)打出的紙帶如圖乙所示，實驗時紙帶的乙(填“甲”或“乙”)端和重物相連接．(3)紙帶上1至9各點為計時點，由紙帶所示數(shù)據(jù)可算出實驗時的加速度為9.4m/s2.解析：(1)交流220V,50Hz.(2)開始打點時，速度小，點距近，故乙端與重物相連接．(3)x23－x78＝5aT2，a＝eq\f(x23－x78,5T2)＝eq\f(×10－2,5×2)m/s2＝9.4m/s2.2．現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動．在一小物塊沿斜面向下運動的過程中，用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示，拍攝時頻閃頻率是10Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4.已知斜面頂端的高度h和斜面的長度s.數(shù)據(jù)如下表所示．重力加速度大小取g＝9.80m/s2.單位：cmx1x2x3x4hs根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)物塊的加速度a＝4.30m/s2(保留3位有效數(shù)字)．(2)因為物塊加速度小于geq\f(h,s)＝5.88m/s2(或：物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)，可知斜面是粗糙的．解析：(1)根據(jù)逐差法求出加速度a＝eq\f(x3＋x4－x1＋x2,2T2)≈4.30m/s2.(2)根據(jù)牛頓第二定律，物塊沿光滑斜面下滑的加速度a′＝gsinθ＝geq\f(h,s)＝5.88m/s2，由于a<a′，可知斜面是粗糙的．3．物理小組的同學用如圖1所示的實驗器材測定重力加速度，實驗器材有：底座，帶有標尺的豎直桿，光電門1和光電門2組成的光電計時器(其中光電門1更靠近小球釋放點)，小球釋放器(可使小球無初速度釋放)，網(wǎng)兜．實驗時可用兩光電門測量小球從光電門1運動至光電門2的時間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)使用游標卡尺測量小球的直徑如圖2所示，則小球直徑為1.170cm.(2)改變光電門1的位置，并保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過光電門2的速度為v2，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v2四個物理量之間的關系為h＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的絕對值為k，根據(jù)圖線可求出重力加速度大小為2k.解析：(1)游標卡尺的讀數(shù)為d＝11mm＋14×eq\f(1,20)mm＝11.70mm＝1.170cm.(2)小球經(jīng)過光電門2的速度為v2，則開始釋放到經(jīng)過光電門2的時間t0＝eq\f(v2,g)，從開始釋放到經(jīng)過光電門1的時間t1＝t0－t＝eq\f(v2,g)－t，可得經(jīng)過光電門1的速度v1＝gt1＝v2－gt.根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律可得h＝eq\f(v1＋v2,2)t＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根據(jù)h＝v2t－eq\f(1,2)gt2得，eq\f(h,t)＝v2－eq\f(1,2)gt，故eq\f(h,t)-t圖線斜率的絕對值k＝eq\f(1,2)g，重力加速度大小g＝2k.4．利用自由落體運動可測量重力加速度．某同學利用如圖所示的實驗裝置進行了實驗，圖中的M為可恢復彈簧片，M與觸頭接觸，開始實驗時需要手動敲擊M斷開電路，使電磁鐵失去磁性釋放第一個小球，小球撞擊M時電路斷開，下一個小球被釋放．(1)為完成實驗，除圖示裝置提供的器材外還需要的器材有刻度尺和秒表．(2)用圖中所示的實驗裝置做實驗，測得小球開始下落的位置與M的高度差為120.00cm，手動敲擊M的同時開始計時，到第80個小球撞擊M時測得總時間為40.0s，可求得重力加速度g＝9.6m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(3)若該同學測得的重力加速度偏小，可能的原因是AC.A．手動敲擊M時提前計時B．手動敲擊M時延后計時C．記錄撞擊M的小球個數(shù)時少數(shù)了一個D．記錄撞擊M的小球個數(shù)時多數(shù)了一個解析：(1)由h＝eq\f(1,2)gt2知，需要用刻度尺測量小球開始下落的位置與M的高度差h，用秒表測量時間．(2)一個小球自由下落的時間t＝eq\,80)s＝0.50s，g＝eq\f(2h,t2)＝eq\f(2×1.2000,2)m/s2＝9.6m/s2.(3)手動敲擊M時提前計時或記錄撞擊M的小球個數(shù)時少數(shù)一個都會增加自由下落的時間t，使根據(jù)g＝eq\f(2h,t2)算出的g值偏小．5．利用如圖甲所示的裝置可以研究勻變速直線運動的規(guī)律．將質(zhì)量為m1的物塊1與質(zhì)量為m2的物塊2(m1<m2)通過輕繩懸掛在定滑輪上，打點計時器(用頻率為50Hz的交流電)固定在豎直方向上，物塊1與穿過打點計時器的紙帶相連接．開始時托住物塊2使兩物塊均處于靜止狀態(tài)，之后將物塊2自由釋放．圖乙所示為實驗中打點計時器打出的一條點跡清晰的紙帶，O是打點計時器打下的第一個點，相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出．(1)相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s；(2)實驗時要在接通打點計時器電源之后釋放物塊2(填“前”或“后”)；(3)將各計數(shù)點至O點的距離依次記為h1、h2、h3、h4，測得h2＝1.60cm，h4＝6.40cm，則打點計時器打下C點時物塊的速度大小為0.24m/s；(4)根據(jù)測出物塊1上升的高度h與相應的時間t，描繪出如圖丙所示的h-t2圖線，由此可以求出物塊的加速度大小為m/s2.解析：(1)相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.02×5s＝0.1s．(2)實驗時要先接通打點計時器的電源，后釋放物塊．(3)C點的瞬時速度為BD段的平均速度，vC＝eq\f(s4－s2,2T)＝eq\,2×0.1)m/s＝0.24m/s.(4)根據(jù)運動學公式h＝eq\f(1,2)at2，因此h-t2圖線的斜率k＝eq\f(a,2)，故a＝2k＝