【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)一 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 新人教版必修1

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1、實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)． 2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法(Δx＝aT2)． 3．測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (1)作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02 s打一次點(diǎn)． (2)工作條件 (3)紙帶上點(diǎn)的意義： ①表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置． ②通過研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況． ③可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔． 2．利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法 (1)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻的速度分

2、別為v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說明物體在相等時(shí)間內(nèi)速度的增量相等，由此說明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，即a＝＝＝＝…. (2)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(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(yùn)動(dòng)，且Δx＝aT2. 3．速度、加速度的求解方法 (1)“逐差法”求加速度：如圖1所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T，且滿足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，即 a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準(zhǔn)確性．

3、 圖1 (2)“平均速度法”求速度：得到如圖2所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T，n點(diǎn)的瞬時(shí)速度為vn. 即vn＝. 圖2 (3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫出v－t圖象，直線的斜率即加速度． 三、實(shí)驗(yàn)器材 電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．儀器安裝 (1)把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端，連接好電路． (2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)

4、器，并把它的一端固定在小車的后面．實(shí)驗(yàn)裝置見圖3所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行． 圖3 2．測(cè)量與記錄 (1)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次． (2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)開始確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，為了計(jì)算 方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位，即T＝0.1 s．正確使用毫米刻度尺測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計(jì)的表格中 (3)利用某一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速

5、度． (4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次． 3．?dāng)?shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v－t圖象 圖4 ①根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖4 所示可以看到，對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)，描出的幾個(gè)點(diǎn)都大致落在一條直線上． ②作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v－t圖象，它是一條傾斜的直線． 圖5 (2)由實(shí)驗(yàn)得出的v－t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，有兩條途徑進(jìn)行分析 ①分析圖象的特點(diǎn)得出：小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值Δ

6、t時(shí)，速度也會(huì)增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化． ②通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出：既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，顯然v與t成“線性關(guān)系”，小車的速度隨時(shí)間均勻變化． 五、注意事項(xiàng) 1．交流電源的電壓及頻率要符合要求． 2．實(shí)驗(yàn)前要檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時(shí)要調(diào)節(jié)振針的高度和更換復(fù)寫紙． 3．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器． 4．先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開電源． 5．要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)

7、點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T＝0.02×5 s＝0.1 s. 6．小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免因速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上的點(diǎn)過于密集． 7．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰．適當(dāng)舍棄開頭密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間所選的時(shí)間間隔T. 8．測(cè)x時(shí)不要分段測(cè)量，讀數(shù)時(shí)要注意有效數(shù)字的要求，計(jì)算a時(shí)要注意用逐差法，以減小誤差． 考點(diǎn)一　完善實(shí)驗(yàn)步驟 例1　在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的操作步驟如下，其中錯(cuò)誤的步驟有________． A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先放開紙帶，再接通電源 B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固

8、定在平板上，并接好電源 C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面掛上合適的鉤碼 D．取下紙帶 E．將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做加速運(yùn)動(dòng) F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 ________________________________________________________________________ 將以上步驟完善并填寫在橫線上(遺漏的步驟可編上序號(hào)G、H……)；實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序?yàn)椋篲_______________. 考點(diǎn)二　紙帶數(shù)據(jù)的處理 例2　(2020·廣東理綜·34(1))如圖6是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得

9、的一條紙帶． 圖6 (1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為________． (2)ABCD是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x＝________；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是________(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 圖7 例3　某同學(xué)為了探究物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力與斜面傾角的關(guān) 系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖7.長(zhǎng)直平板一端放在水平桌面上，另一端架 在一物塊上．在平板上標(biāo)出A、B兩點(diǎn)，B點(diǎn)處放置一光電門，用 光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過光電門時(shí)擋光的時(shí)間． 實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的擋

10、光長(zhǎng)度d，用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量m； ②用直尺測(cè)量A、B之間的距離s，A點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h1，B點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h2； ③將滑塊從A點(diǎn)靜止釋放，由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t； ④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時(shí)間的平均值； ⑤利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cos α； ⑥多次改變斜面的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②③④⑤，作出Ff－cos α關(guān)系曲線． (1)用測(cè)量的物理量完成下列各式(重力加速度為g)；①斜面傾角的余弦cos α＝________________； ②滑塊通過光電門時(shí)的速度v＝________； ③滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝______________

11、； ④滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦阻力Ff＝________. (2)測(cè)量滑塊擋光長(zhǎng)度的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖8所示，讀得d＝________________. 圖8 實(shí)驗(yàn)原理遷移創(chuàng)新 高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新 而知識(shí)舊．因此做實(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用 教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題．針對(duì)本題， 紙帶的處理、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及 牛頓第二定律，都是教材中的重點(diǎn)知識(shí)，只要熟練掌握， 就不難解答本題． 圖9 1. 如圖9所示是做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車帶動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)的一部分．圖中每相鄰兩點(diǎn)之間

12、還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，交流電的頻率為50 Hz，測(cè)得第二個(gè)、第三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d2＝6.0 cm，d3＝10.0 cm，則 (1)第一個(gè)、第四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d1＝________；d4＝________； (2)物體經(jīng)過第一個(gè)、第二個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1＝_____，v2＝________；物體的加速度a＝________. 2．(2020·重慶理綜·22(1))某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f＝50 Hz.在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．因保存不當(dāng)，紙帶被污染．如圖10所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3

13、個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：xA＝16.6 mm、xB＝126.5 mm、xD＝624.5 mm. 圖10 若無法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知： (1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為________s； (2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為__________m/s(取2位有效數(shù)字)； (3)物體的加速度大小為________(用xA、xB、xD和f表示)． 3．在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖11所示，是一條記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，交流電的頻率為50 Hz. 圖11 (1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B、C

14、、D點(diǎn)時(shí)，小車的速度分別為vB＝________ m/s；vC＝________ m/s；vD＝________ m/s. (2)在如圖12所示的坐標(biāo)系中畫出小車的v－t圖象． 圖12 (3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度是________，此速度的物理含義是__________________． 4．如圖13所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜 止開始自由下落，利用此裝置可以測(cè)量重力加速度． (1)所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需____(填字母代號(hào))中的器材． A．直流電源、天平及砝碼 B．直流

15、電源、毫米刻度尺 C．交流電源、天平及砝碼 圖13 D．交流電源、毫米刻度尺 (2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度．為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象外，還可作________圖象，其縱軸表示的是__________，橫軸表示的是________． 5．(2020·課標(biāo)·23)利用圖14所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn) 動(dòng)的加速度．一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙 固圖14 定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動(dòng)．當(dāng)一 帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí) 器可以顯示出遮光片從光電門甲滑至乙所

16、用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示. s(m) 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t(ms) 292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 s/t(m·s－1) 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 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(shí)的瞬時(shí)速度vt、測(cè)量值s和t四個(gè)物理量之間所滿足的關(guān)系式是___

17、___________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖15給出的坐標(biāo)紙上畫出－t圖線； 圖15 (3)由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝__________m/s2(保留2位有效數(shù)字)． 6．某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖16甲所示的滴水法測(cè)量小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．實(shí)驗(yàn)過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；然后撤去淺盤并同時(shí)放開小車，于是水滴在白

18、紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開．圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm.試問： 圖16 (1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的________原理類似． (2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4＝________m/s，小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 答案 課堂探究 例1　AD　G．換上新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次　BEFCADG 例2　(1)0.02 s　(2)0.70 cm　0.100 m/s 例3　(1)①　② ③?、躮g－m　(2)3.62 cm 隨堂訓(xùn)練 1．(1)2.67 cm　14.67 cm　(2)30 cm/s　36.67 cm/s　66.67 cm/s2 2．(1)0.1　(2)2.5 (3) 3．見解析 4．(1)D　(2)－h(huán)　速度平方的二分之一　重物下落的高度 5．(1)s＝vtt－at2或＝vt－at (2)見解析中圖　(3)2.0 6．(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器　(2)0.20　0.19