2019版高考物理一輪復習 實驗增分 專題1 研究勻變速直線運動學案

實驗一研究勻變速直線運動考綱要求考情分析命題趨勢研究勻變速直線運動2017·全國卷，222017·全國卷，22高考對本實驗的考查主要側(cè)重于對打點紙帶的研究通過打點紙帶計算瞬時速度、計算加速度、判定物體運動性質(zhì)，同時要注意此方法的類比拓展，如通過頻閃攝像研究物體運動、通過其他“留跡法”研究物體運動知識梳理·夯實基礎一、實驗目的1練習使用打點計時器，學會用打點紙帶研究物體的運動情況2會利用紙帶求勻變速直線運動的速度、加速度3利用打點紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的vt圖象，根據(jù)圖象求加速度二、實驗原理1利用打點計時器獲取記錄物體運動信息的打點紙帶，通過紙帶上的點研究物體的運動2利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4若xx2x1x3x2x4x3則說明物體做勻變速直線運動3速度的求解方法用“平均速度法”求速度，即vn，如圖所示4加速度的求解方法(1)“兩大段法”求加速度，若已知紙帶上x1、x2、x3、x4、x5、x6連續(xù)的六段，每段時間為T，可分成x1x2x3和x4x5x6兩大段，每大段對應時間3T，根據(jù)x2x1aT2得(x4x5x6)(x1x2x3)a(3T)2，解得a.(2)“逐差法”求加速度，即a1，a2，a3，然后取平均值，即a.(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出vt圖象，直線的斜率即加速度的大小三、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器、低壓交流電源)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線四、實驗步驟1把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路2把一條細繩拴在小車上，細繩繞過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，將紙帶穿過打點計時器，固定在小車的后面實驗裝置如圖所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行3將小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車4小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶5換紙帶重復做三次，選擇一條比較理想的紙帶測量分析五、數(shù)據(jù)處理1由實驗數(shù)據(jù)得出vt圖象(1)選適當?shù)狞c作計時起點，在紙帶上標出計數(shù)點，用刻度尺量出各計數(shù)點到起點的距離(2)計算各計數(shù)點的速度，填入表格，根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標系中描點(3)根據(jù)描的點作一條直線，使各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側(cè)，如圖所示2小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律(1)小車運動的vt圖象是一條傾斜的直線，如圖所示，當時間增加相同的值t，速度也會增加相同的值v，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化(2)既然小車的vt圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關系式為vktb，所以小車的速度隨時間均勻變化六、誤差分析1根據(jù)紙帶測量的位移有誤差2電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點的時間間隔不完全相等3紙帶運動時打點不穩(wěn)定引起測量誤差4用作圖法，作出的vt圖象并不是一條直線5木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測量得到的加速度只能是所測量的平均加速度七、注意事項1平行紙帶、細繩要和長木板平行2靠近釋放小車前，應使小車停在靠近打點計時器的位置3先后順序?qū)嶒灂r應先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶4防止碰撞在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞5減小誤差小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上打的點過于密集6紙帶選取選擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點7準確作圖在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏，而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條平滑曲線，讓各點盡量落到這條曲線上，落不到曲線上的各點應均勻分布在曲線的兩側(cè)核心考點·分層突破考點1實驗原理與操作例1某同學使用打點計時器測量當?shù)氐闹亓铀俣日埻瓿梢韵轮饕獙嶒灢襟E：按圖甲安裝實驗器材并連接電源；豎直提起系有重物的紙帶，使重物_靠近_(選填“靠近”或“遠離”)計時器下端；_先接通打點計時器電源，再釋放紙帶_，使重物自由下落；關閉電源，取出紙帶；換新紙帶重復實驗圖乙和丙是實驗獲得的兩條紙帶，應選取_乙_(選填“乙”或“丙”)來計算重力加速度在實驗操作和數(shù)據(jù)處理都正確的情況下，得到的結(jié)果仍小于當?shù)刂亓铀俣?，主要原因是空氣阻力和_紙帶與打點計時器之間有摩擦_.(1)打點計時器作用：計時儀器，每隔0.02 s打一次點工作條件(2)紙帶上點的意義反映和紙帶相連的物體在不同時刻的位置通過研究紙帶上各點之間的距離，可以判斷物體的運動情況可以利用紙帶上打出的點來確定計數(shù)點間的時間間隔考點2數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某同學利用圖甲所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源的頻率為50 Hz.紙帶穿過打點計時器連接在物塊上啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動打點計時器打出的紙帶如圖乙所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學認為物塊的運動為勻加速運動回答下列問題：(1)在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為_0.56_m/s.在打出D點時，物塊的速度大小為_0.96_m/s；(保留兩位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為_2.0_m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，所以vB m/s0.56 m/s，vD m/s0.96 m/s；(2)根據(jù)題意，該同學認為物塊的運動為勻加速運動，則根據(jù)速度公式vDvBa·2T，代入數(shù)據(jù)整理可以得到a2.0 m/s2.考點3實驗改進與創(chuàng)新高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新而知識舊因此做實驗題應注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題1實驗器材的改進及速度的測量方法(1)圖甲中，由遮光片的寬度d和遮光片擋光時間t求速度v；(2)圖乙中，由紙帶求速度vn.2獲得加速度方法的改進長木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示靠重物的拉力獲得加速度例3某同學用圖甲所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖乙所示，圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離(1)物塊下滑時的加速度a_3.25_m/s2，打C點時物塊的速度v_1.79_m/s；(2)以知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是_C_.(選填正確答案序號)A物塊的質(zhì)量B斜面的高度C斜面的傾角解析(1)打點計時器的打點周期T0.02 s，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知，加速度a3.25 m/s2；打C點時物塊的速度vC1.79 m/s.(2)由牛頓第二定律得加速度agsin gcos ，所以要求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是斜面的傾角對應演練·遷移運用1(2017·全國卷)，某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器實驗步驟如下：如圖甲，將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上；記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經(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t；用s表示擋光片沿運動方向的長度，如圖乙所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的t時間內(nèi)的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟；多次重復步驟；利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出t圖，如圖丙所示完成下列填空：(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光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和t的關系式為_vAt_.丙(2)由圖丙可求得，vA_52.1_cm/s，a_16.3_cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析擋光片通過光電門的平均速度等于t時間段的中間時刻的速度，由vv0at可知vAa，即vAa·t，由圖象的截距可知vA52.12 cm/s52.1 cm/s，其斜率ka，故物體的加速度a2k16.3 cm/s2.2某同學利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動實驗中，必要的措施是_AB_.A細線必須與長木板平行B先接通電源再釋放小車C小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D平衡小車與長木板間的摩擦力他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出). s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm.則小車的加速度a_0.80_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_0.40_m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析利用長木板、小車、打點計時器等研究勻變速直線運動規(guī)律，在實驗中，必要的措施是：細線必須與長木板平行；先接通電源，再釋放小車；不需要平衡摩擦力，不需要滿足小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量因此正確選項是A、B由xaT2，T0.10 s和逐差法可得小車的加速度a0.80 m/s2.利用勻變速直線運動在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得打點計時器打出B點時小車的速度vB0.40 m/s.3某同學探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律實驗裝置如圖甲所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電(1)下列實驗操作中，不正確的有_CD_.A將銅管豎直地固定在限位孔的正下方B紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面C用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落D在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源(2)該同學按照正確的步驟進行實驗(記為“實驗”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標為1,2，8.用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖乙所示計算相鄰計時點間的平均速度，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表，請將表中的數(shù)據(jù)補充完整.位置12345678(cm/s)24.533.837.8_39.0_39.539.839.839.8(3)分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是_逐漸增大到39.8_cm/s_；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_逐漸增大到等于重力_.(4)該同學將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復上述實驗操作(記為“實驗”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同請問實驗是為了說明什么？對比實驗和實驗的結(jié)果可得到什么結(jié)論？解析(1)實驗中必須保證小磁鐵除受重力、磁力外不受其他力的作用，故銅管需豎直地固定在限位孔正下方以保證磁鐵在下落過程中不與銅管摩擦與碰撞，選項A正確紙帶穿過限位孔可以保證紙帶的正確方位，置于復寫紙下面可以保證打點清晰，選項B正確釋放紙帶前應手提紙帶上端使紙帶豎直，小磁鐵靜止，故選項C錯誤釋放小磁鐵前應先接通打點計時器的電源，待其工作穩(wěn)定后方可放開紙帶，選項D錯誤(2)由圖乙可得4 cm/s39.0 cm/s.(3)由表中數(shù)據(jù)可以看出，磁鐵運動的速度在相等時間內(nèi)的增量逐漸減小，最終保持39.8 cm/s的速度不變，即磁鐵運動中加速度逐漸減小，最終為零，則由mgFfma知阻力逐漸增大直到等于重力(4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用4利用如圖所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t.改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離為x，記下相應的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示x/m0.5000.6000.7000.8000.9000.950t/ms292.9371.5452.3552.8673.8776.4/(m·s1)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作圖：(1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值x和t四個物理量之間所滿足的關系式是_atv1(或xat2v1t)_.(2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在下圖給出的坐標紙上畫出t圖線(3)由所畫出的t圖線，得出滑塊加速度的大小為a_2.0_ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故中間時刻瞬時速度為，有v1at，故atv1(或?qū)⒓铀俣葹閍的勻加速運動看成反方向的加速度為a的勻減速運動，則xat2v1t)(2)由表中所給數(shù)據(jù)描點連線，注意描點時應使盡量多的點在直線上或分居在直線兩側(cè)，其圖線如答圖所示(3)由atv1，知t圖線的斜率ka，又圖線過(0.20,1.81)、(0.80,1.20)兩點，k1.0，故a2.0 m/s2.答案(2)t圖線如圖所示11