（通用版）2021版高考物理大一輪復習 第1章 運動的描述 勻變速直線運動 實驗1 研究勻變速直線運動教學案

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1、實驗一　研究勻變速直線運動 1．實驗目的 (1)練習正確使用打點計時器，學會利用打上點的紙帶研究物體的運動。 (2)掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法(Δx＝aT2)。 (3)測定勻變速直線運動的加速度。 2．實驗原理 (1)打點計時器 ①作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f＝50 Hz時，每隔0.02 s打一次點。 ②工作條件 ③處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點，要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的，時間間隔均為0.1 s。 (2)勻變速直線

2、運動的判斷 ①沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3…，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝aT2。 ②利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的v-t圖象。若v-t圖象是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運動。 3．實驗器材 電磁打點計時器(或電火花計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙片。 4．實驗步驟 (1)放長木板：把帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上(如圖所示)。 (2)定打點計時器：把打點計時器固定在長木

3、板的一端，將紙帶穿過打點計時器限位孔。 (3)掛鉤碼：將小車停在靠近打點計時器的位置，用細繩一端連小車，另一端掛上適當?shù)你^碼。 (4)打點：先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動打點，小車停止運動后立即關閉電源。 (5)重復：換上新的紙帶，重復實驗兩次。 5．數(shù)據(jù)處理 (1)計算速度 根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度，求各計數(shù)點瞬時速度： vA＝，vB＝，vC＝等。 (2)作v-t圖象 建立直角坐標系，橫軸表示時間，縱軸表示速度，根據(jù)數(shù)據(jù)描點。畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點舍去。 (3)計算加速度

4、 方法一：根據(jù)a＝，先求出各點的速度，作出v-t圖象，計算圖線的斜率即加速度。 方法二：根據(jù)a＝，將紙帶數(shù)據(jù)分成時間相等的兩大段，設圖中相鄰計數(shù)點的時間間隔是T，則a＝。 6．注意事項 (1)使紙帶、小車、細繩和定滑輪在一條直線上。 (2)開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。 (3)先接通電源，計時器工作穩(wěn)定后，再釋放小車，當小車停止運動時及時斷開電源。 (4)實驗時要防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞。 (5)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。 (6)在畫圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，使圖象分布在坐標平面的大部分面積上。使圖象中的點盡量均勻分布在圖線

5、兩側(cè)。 實驗原理與操作 1．打點計時器要求：電磁打點計時器用“4～6 V,50 Hz”交流電源，電火花計時器用“220 V,50 Hz”交流電源。 2．本實驗操作順序提示：木板—計時器—小車—通電—斷電。 3．考查操作的熱點問題是：先通電再放小車，先斷電再取紙帶。 [題組訓練] 1．在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，用打點計時器在紙帶上打的點記錄了小車的運動情況。某同學做此實驗時的步驟如下： A．拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，放開紙帶，再接通電源； B．將打點計時器固定在長木板上，并接好電路； C．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面掛上適當?shù)你^碼；

6、 D．小車停止運動后，直接取下紙帶； E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔； F．換上新紙帶，再重復操作兩次，然后從各紙帶中選取一條點跡清晰的進行數(shù)據(jù)處理。 其中錯誤或遺漏的步驟有： (1)__________________________________________________； (2)___________________________________________________。 將以上步驟完善后，其合理的順序為______________________ ___________________________________________

7、___________。 [解析]　實驗過程中應先接通電源，再放開紙帶；取紙帶前應先斷開電源，所以錯誤的步驟是A、D。該實驗步驟中合理的順序為BECADF。 [答案]　(1)A中應先接通電源，再放開紙帶　(2)D中取紙帶前應先斷開電源　BECADF 2．(1)某同學用電磁打點計時器測勻變速直線運動的加速度，電磁打點計時器的工作電源為________。 A．220 V的交流電 B．6 V以下的交流電 C．220 V的直流電 D．6 V以下的直流電 (2)實驗中打點計時器每隔0.02 s打一個點，打出的紙帶如圖所示，則可大致判斷小車做________(選填“勻速”或“勻變速”)直線運動

8、，這是因為__________________________； 計算小車的加速度大小a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 [解析]　(1)電磁打點計時器的工作電源為6 V以下的交流電，選項B正確。 (2)根據(jù)打出的紙帶中兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差恒定，可大致判斷小車做勻變速直線運動。利用Δx＝aT2，T＝5×0.02 s＝0.1 s，可得小車的加速度大小a＝0.30 m/s2。 [答案]　(1)B　(2)勻變速　兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差恒定　0.30 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1．計算時應注意的問題 (1)時間間隔：“相鄰兩個計數(shù)點間有4個點”或

9、“每5個點取1個計數(shù)點”的含義：相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s。 (2)單位換算：本實驗長度測量數(shù)據(jù)一般是“厘米”，要換算成“米”。 (3)有效數(shù)字：按有效數(shù)字的要求取計算結(jié)果。 2．減小實驗誤差的措施 (1)舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點。 (2)多測幾組數(shù)據(jù)，用盡量多的數(shù)據(jù)計算。 (3)將紙帶分成等時的兩大段處理，與逐差法取平均值結(jié)果相同。 (4)作v-t圖象時，要適當選取坐標軸的單位長度，使圖象分布在坐標平面盡量大的面積上。 [題組訓練] 1．(2019·邯鄲模擬)某同學在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗時，打點計時器所用電源的頻率是50 Hz，在實驗中得到

10、一條點跡清晰的紙帶，他把某一點記作O，再依次選6個點作為計數(shù)點，分別標以A、B、C、D、E和F，如圖甲所示。 甲　　　　　　　　　　乙 (1)由實際的紙帶測得C、D兩點相距2.70 cm，D、E兩點相距2.90 cm，則在打D點時小車的速度是________m/s。 (2)該同學分別算出打各點時小車的速度，然后根據(jù)數(shù)據(jù)在v-t坐標系中描好點，請在圖乙中作出小車的v-t圖象，并求出小車的加速度a＝________m/s2。 [解析]　(1)vD＝＝1.4 m/s。 (2)v-t圖象如圖所示。 由圖象的斜率知a＝＝5 m/s2。 [答案]　(1)1.4　(2)如圖所示　5

11、2．在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶如圖所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G 7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中沒有畫出，打點計時器接周期為T＝0.02 s的交流電源。他經(jīng)過測量并計算得到打點計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如下表： 速度/(m·s－1) 0.122 0.164 0.205 0.250 0.289 對應點 B C D E F (1)計算vF的公式為vF＝________(用已知量字母表示)。 (2)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，以A點對應的時刻為t＝0，可作出v-t圖象，并求物體

12、的加速度a＝________m/s2。 (3)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝51 Hz，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 [解析]　(1)每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，故相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為t＝5T＝0.1 s。利用勻變速直線運動的推論得vF＝＝。 (2)作出v-t圖象(圖象略)，根據(jù)圖線斜率可解得a＝≈0.42 m/s2。 (3)如果在某次實驗中，交流電的頻率為51 Hz>50 Hz，則實際打點周期變小，由Δx＝at2得，加速度的測量值與實際值相比偏小。 [答案]　(1)　(2)0.42　(3)偏

13、小 實驗拓展與創(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，本實驗中常見以下創(chuàng)新點。 實驗原理的創(chuàng)新 (a)　　　　　　　　　(b) 1.滑塊在斜面上靠重力的分力與摩擦力的合力獲得加速度。 2.擋光片經(jīng)過光電門的平均速度作為滑塊速度。 3.平均速度的大小與擋光片的長度有關。 1．物塊在斜面上靠重力的分力與摩擦力的合力獲得加速度。 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)。 實驗器材的創(chuàng)新 1.用滴水針頭替代打點計時器打紙帶。 2.

14、小車在水平桌面上因摩擦做勻減速運動。 實驗過程的創(chuàng)新 1.鐵球靠重力產(chǎn)生加速度。 2.鐵球由A到B的時間可由數(shù)字毫秒表讀出。 3.鐵球的加速度由 -t圖線分析得出。 [題組訓練] 1．光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來。圖乙中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連

15、接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10－2 s和4.0×10－3 s。用精度為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。 甲　　　　　　　乙　　 　　　 丙 (1)滑塊的寬度d＝________ cm。 (2)滑塊通過光電門1時的速度v1＝________ m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2＝________ m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將________的寬度減小一些。 [解析]　(1)d＝

16、10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm。 (2)v1＝＝ m/s＝1.0 m/s v2＝＝ m/s＝2.5 m/s。 (3)v1、v2實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些。 [答案]　(1)1.010　(2)1.0　2.5　(3)平均速度　滑塊 2．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

17、位置。(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) (a) (b) (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(選填“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)小車運動時由于摩擦力的作用，速度逐漸減小，滴水計時器滴下水滴的間距逐漸變小，因此小車從右向左運動。 (2)滴水的時間間隔T＝ s≈0.67 s 小車運動到A點位置時的瞬時速度 vA＝＝ m/s≈0.19

18、 m/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＝＝ m/s2≈－0.037 m/s2 因此加速度的大小為0.037 m/s2。 [答案]　(1)從右向左　(2)0.19　0.037 3．某實驗小組利用如圖甲所示裝置測定當?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值。實驗開始時，小鋼球被電磁鐵吸引靜止不動，光電門位于鋼球的下方，二者的中心處在同一豎直線上。將此時鋼球球心位置記為A點，光電門中心位置記為O點，AO間距離為h。 　　　 　甲　　　　　　　乙　　　　　　　　丙 (1)使用螺旋測微器測定小鋼球的直徑如圖乙所示，可知鋼球的直徑大小為d＝________mm。

19、 (2)斷開電磁鐵開關，小鋼球由靜止開始下落，下落過程中通過位于O點處的光電門，由數(shù)字計時器記錄鋼球通過光電門的時間Δt?？捎杀磉_式v＝________得到小鋼球球心通過光電門時的瞬時速度。 (3)將光電門向下移動一小段距離后，重新釋放小鋼球，記錄小鋼球通過光電門時數(shù)字計時器顯示的時間Δt1和此時光電門與O點間距離x1。 (4)重復步驟(3)，得到若干組Δt和x的數(shù)值。 (5)在 -x坐標中描點連線，得到如圖丙所示直線并計算出其斜率大小為1.6×105，根據(jù)此斜率值，可以得到當?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值為________m/s2。 (6)本實驗在獲得鋼球球心通過光電門時的瞬時速度時存在誤差，

20、測量的速度值________(選填“大于”“等于”或“小于”)球心通過光電門時的瞬時速度的真實值。 (7)(多選)下列可以減小速度誤差的方式有________(填選項字母)。 A．增大AO間的距離h B．減小AO間的距離h C．換用直徑大一些的小鋼球 D．換用直徑小一些的小鋼球 [解析]　(1)螺旋測微器的讀數(shù)11.000 mm。 (2)用很短時間的平均速度表示瞬時速度v＝。 (5)由運動學規(guī)律得＝2gh， 整理得＝h， 則＝1.6×105，解得重力加速度g＝9.68 m/s2。 (6)小球通過光電門的平均速度等于對應中間時刻的瞬時速度，其一定小于位移中點的瞬時速度(球心通過光電門的瞬時速度)。 (7)通過光電門時的速度適當?shù)拇笮?，有利于減小實驗誤差，所以A、D兩項正確。 [答案]　(1)11.000　(2)　(5)9.68　(6)小于　(7)AD 9