2020版高考物理一轮复习第1章实验1研究匀变速直线运动教学案新人教版.pdf

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1、实验一 研究匀变速直线运动实验一 研究匀变速直线运动 1实验目的 (1)练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动。 (2)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(xaT2)。 (3)测定匀变速直线运动的加速度。 2实验原理 (1)打点计时器 作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f50 Hz 时，每隔 0.02 s 打一次点。 工作条件Error! 处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计 数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每 5 个点取一个计数点”与“每隔 4 个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为 0.1 s。 (2

2、)匀变速直线运动的判断 沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4， 若xx2x1x3 x2x4x3，则说明物体在做匀变速直线运动，且 xaT2。 利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的vt图象。若vt图象 是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。 3实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、 刻度尺、导线、交流电源、复写纸片。 4实验步骤 (1)把带有滑轮的长木板平放在实验桌上(如图所示)。 (2)把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔。 (3)将小车停

3、在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码。 (4)先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源。 (5)换上新的纸带，重复实验两次。 5数据处理 (1)计算速度 根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，求各计数点瞬时速度： vA，vB，vC等。 x1x2 2T x2x3 2T x3x4 2T (2)作vt图象 建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，根据数据描点。画一条直线，让这条 直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去。 (3)计算加速度 方法一：根据a，先求出各点的速度，作出vt图象，计算图线

4、的斜率即加速度。 v t 方法二：根据a，将纸带数据分成时间相等的两大段，设图中相邻计数点的时间间 x T2 隔是T，则a。 x4x5x6x1x2x3 3T2 6注意事项 (1)使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上。 (2)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 (3)先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源。 (4)实验时要防止钩码落地，小车与滑轮碰撞。 (5)选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。 (6)在画图象时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积上。 使图象中的点尽量均匀分布在图线两侧。 考点一| 实验原理与操

5、作 1 打点计时器要求 ： 电磁打点计时器用 “46 V,50 Hz” 交流电源， 电火花计时器用 “220 V,50 Hz”交流电源。 2本实验操作顺序提示：木板计时器小车通电断电。 3考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带。 考点对练 1在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小 车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下： A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源； B将打点计时器固定在长木板上，并接好电路； C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码； D小车停止运动后，直接取下纸带； E将纸带固定在小车尾

6、部，并穿过打点计时器的限位孔； F换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理。 其中错误或遗漏的步骤有： (1)_； (2)_。 将以上步骤完善后，其合理的顺序为_ _。 解析：实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步 骤是 A、D。该实验步骤中合理的顺序为 BECADF。 答案：(1)A 中应先接通电源，再放开纸带 (2)D 中取纸带前应先断开电源 BECADF 2某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。 甲 乙 实验步骤如下： A安装好实验器材； B让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，重复几次，选出一条点迹

7、 比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点 ； C测出x1、x2、x3、。 结合上述实验步骤，请完成下列问题： (1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩 码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有_。(填选项代号) A电压合适的 50 Hz 交流电源 B电压可调的直流电源 C秒表 D刻度尺 E天平 F重锤 G弹簧测力计 H滑动变阻器 (2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是_， 已知打点计时器打点的时间间隔是T，则打c点时小车的速度大小是_。 解析：(1)由实验

8、原理及打点计时器使用方法知，必须使用的有电压合适的 50 Hz 交流电 源，即 A；刻度尺用于测量纸带上计数点间的距离，即 D。 (2)因小车做匀加速直线运动，所以x3x2x2x1，即 2x2x1x3。c点是bd段的时间 中点，则打c点小车的速度等于该段的平均速度，vc。 x2x3 10T 答案：(1)AD (2)x3x2x2x1(或 2x2x1x3) x 2x3 10T 考点二| 数据处理及误差分析 1计算时应注意的问题 (1)时间间隔：“相邻两个计数点间有 4 个点”或“每 5 个点取 1 个计数点”的含义：相 邻计数点间的时间间隔为 0.1 s。 (2)单位换算：本实验长度测量数据一般是

9、“厘米” ，要换算成“米” 。 (3)有效数字：按有效数字的要求取计算结果。 2减小实验误差的措施 (1)舍弃点密集部分，适当选取计数点。 (2)多测几组数据，用尽量多的数据计算。 (3)将纸带分成等时的两大段处理，与逐差法取平均值结果相同。 (4)作vt图象时，要适当选取坐标轴的单位长度，使图象分布在坐标平面尽量大的面积 上。 考点对练 1某同学利用图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。 甲 (1)实验中，必需的措施是_。 A细线必须与长木板平行 B先接通电源再释放小车 C小车的质量远大于钩码的质量 D平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为 50 Hz 的交流电源上

10、， 得到一条纸带， 打出的部分 计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有 4 个点，图中未画出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s3 5.19 cm，s4 5.97 cm，s5 6.78 cm，s6 7.64 cm。 则 小 车 的 加 速 度a _m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB _m/s。(结果均保留 2 位有效数字) 乙 解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效 果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项 A 正确；为打的点尽量多些，需 先接通电源，再释放小车，选项 B 正确；本题中只要保证

11、小车做匀变速运动即可，无须保证 小车质量远大于钩码的质量，选项 C 错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无 须平衡摩擦力，选项 D 错误。故必需的措施是 A、B 选项。 (2)由s4s13aT2、s5s23aT2、s6s33aT2知加速度a s4s5s6s1s2s3 9T2 0.80 m/s2 打B点时小车的速度vB0.40 m/s。 s1s2 2T 答案：(1)AB (2)0.80 0.40 2(2019邯郸模拟)某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计 时器所用电源的频率是 50 Hz，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作O，再依 次选 6 个点作为计

12、数点，分别标以A、B、C、D、E和F，如图甲所示。 甲 乙 (1)由实际的纸带测得C、D两点相距 2.70 cm，D、E两点相距 2.90 cm，则在打D点时小 车的速度是_m/s。 (2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在vt坐标系中描好点，请在图 乙中作出小车的vt图象，并求出小车的加速度a_m/s2。 解析：(1)vD1.4 m/s。 |CD|DE| 2T (2)vt图象如图所示。 由图象的斜率知a5 m/s2。 v t 答案：(1)1.4 (2)如图所示 5 3在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如 图所示，并在其上取A、B、C、D、E

13、、F、G 7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点，图 中没有画出，打点计时器接周期为T0.02 s 的交流电源。他经过测量并计算得到打点计时器 在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表： 速度/(ms1)0.1220.1640.2050.2500.289 对应点BCDEF (1)计算vF的公式为vF_(用已知量字母表示)。 (2)根据表中记录的数据，以A点对应的时刻为t0，可作出vt图象，并求物体的加速 度a_m/s2。 (3)如果当时电网中交变电流的频率是f51 Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度 的测量值与实际值相比_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析 ： (

14、1)每相邻两个计数点间还有 4 个点， 故相邻的计数点之间的时间间隔为t5T0. 1 s。利用匀变速直线运动的推论得vF。 xEG 2t d6d4 10T (2)作出vt图象(图象略)，根据图线斜率可解得a0.42 m/s2。 v t (3)如果在某次实验中， 交流电的频率为 51 Hz50 Hz， 则实际打点周期变小， 由 x at2得，加速度的测量值与实际值相比偏小。 答案：(1) (2)0.42 (3)偏小 d6d4 10T 考点三| 实验拓展与创新 高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注 重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问

15、题。 实验 器材 的替 代 (1)光电门与计时器相连可以测出物块通过光电门的时间 t，由于 t 很短，从而可用v求出物块通过光电门的瞬时速度 d t (2)两光电门同时与计时器相连，可测出物块在两光电门间运动的时间 获得 加速 度的 方法 改进 甲 乙 增大长木板倾斜角或在斜面上完成实验，利用重力获得加速度，如图甲、 乙所示 常 见 创 新 视 角 数据 处理 的创 新 (1)利用物块分别经过两个光电门的时间 t1和 t2， 确定物块经过它们 的速度， v1，v2，利用v2v1at即可求加速度a的大小 d t1 d t2 (2)利用 v0at，做出 t图线，可由k 确定加速度a的大小 x t

16、1 2 x t a 2 考点对练 1.一个同学在研究小球自由落体运动时，用闪频照相连续记录下小球的位置如图所示， 已知闪光周期为 s，测得x17.68 cm，x312.00 cm，通过计算可得小球运动的加速度是 1 30 _m/s2，图中x2是_cm。(结果保留 3 位有效数字) 解析 ： 根据逐差法可得a，a，相加可得a9.72 m/s2，根据a x3x2 2T2 x2x1 2T2 x3x1 4T2 得x29.84 cm。 x2x1 2T2 答案：9.72 9.84 2.(2017全国卷)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动， 用自制 “滴水计时器” 计量时间。实验前，将该计时器固定在小

17、车旁，如图(a)所示。 实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器 等时间间隔地滴下小水滴， 图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s 内共滴下 46 个小水滴) (a) (b) (1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的。 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置 时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2。(结果均保留 2 位有效数字) 解析：(1)小车运动时由于摩擦力的作用，速度逐渐减小，滴水计时器滴下水滴的间距逐 渐变小，因此小车从右向左运动。 (

18、2)滴水的时间间隔T s0.67 s 30 45 小车运动到A点位置时的瞬时速度 vA m/s0.19 m/s xnxn1 2T 117133 0.001 2 0.67 根据逐差法，共有 5 组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a x4x5x1x2 6T2 m/s20.037 m/s2 10083150133 0.001 6 0.672 因此加速度的大小为 0.037 m/s2。 答案：(1)从右向左 (2)0.19 0.037 3研究小车匀变速直线运动的实验装置如图所示，其中斜面倾角可调，打点计时器 的工作频率为 50 Hz，纸带上计数点的间距如图所示，其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未

19、 画出。 (1)部分实验步骤如下： A测量完毕，关闭电源，取出纸带 B接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：_(用字母填写)； (2)图中标出的相邻两计数点的时间间隔T_s； (3)计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为v5_(用字母表示)； (4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a_(用字 母表示)。 解析：(1)操作步骤，要按照顺序和时间的先后进行，所以合理的顺序应是 DCBA。 (2)时间间隔应是T50.02 s0.1 s。 (3)计数点

20、 5 对应的瞬时速度大小v5或者v5。 s4s5 2T s3s4s5s6 4T (4)由于是偶数段，所以计算加速度的表达式为 a。 s4s5s6s1s2s3 9T2 答案：(1)DCBA (2)0.1 (3) (4) s4s5 2T s4s5s6s1s2s3 9T2 4.(2017全国卷)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时 速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光 片、光电计时器。 (a) (b) 实验步骤如下： 如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端 相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑； 当滑块上的

21、挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t； 用 s表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示， 表示滑块在挡光片遮住光线的v t时间内的平均速度大小，求出 ；v 将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中位置相同，令滑块由静止开 始下滑，重复步骤； 多次重复步骤； 利用实验中得到的数据作出 t图，如图(c)所示。v (c) 完成下列填空： (1)用a表示滑块下滑的加速度大小， 用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度 大小，则 与vA、a和 t的关系式为 _。vv (2)由图(c)可求得，vA_cm/s，a_cm/s2。(结果保留 3 位有效数字) 解析：(1)

22、 是 t时间内中间时刻的瞬时速度，vA为 t时间内的初速度，根据速度v t 2 公式得 vAavA t。v t 2 a 2 (2)由 vA t可知，图(c)中图线与 轴的交点为vA，图线的斜率为 。将图线延长可v a 2 v a 2 知，vA52.1 cm/s，在图线上选取较远的两点，求得斜率 a 2 53.3452.4 15035.0 103 cm/s28.17 cm/s2，即a16.3 cm/s2。 答案：(1)vA t (2)52.1 16.3 a 2 5.(2018全国卷)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。 实验步骤如下： (1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺

23、自然下垂。乙把手 放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺。 (2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺 子。 若夹住尺子的位置刻度为L1， 重力加速度大小为g， 则乙的反应时间为_(用L、L1 和g表示)。 (3)已知当地的重力加速度大小为g9.80 m/s2，L30.0 cm，L110.4 cm。乙的反应时 间为_s。(结果保留 2 位有效数字) (4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_。 解析：根据题述，在乙的反应时间t内，尺子下落高度hLL1，由自由落体运动规律 可知，hgt2，解得t.代入数据得t0.20 s。 1 2 2LL1 g 答案：(2) (3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺 2LL1 g 子