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1、实验一 研究匀变速直线运动 1实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻 度尺、导线、电源、复写纸片 2实验原理(如图 1所示) 图 1 3实验步骤 (1)按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源； (2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定 在小车后面； (3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车； (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； (5)换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析 4注意事项 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行 (2)两
2、先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取纸带 (3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞 (4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约 50 cm的纸带上清楚地取出 67 个计数点为宜 (5)小车从靠近打点计时器位置释放 1数据处理 (1)目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等 (2)方法 分析物体的运动性质测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否 为常数，从而确定物体的运动性质 利用逐差法求解平均加速度 a1，a2，a3a s4s1 3T2 s5s2
3、 3T2 s6s3 3T2 a1a2a3 3 s 4s5s6s1s2s3 9T2 利用平均速度求瞬时速度：vn snsn1 2T dn1dn1 2T 利用速度时间图象求加速度 a作出速度时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度； b剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度 2依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1)s1、s2、s3sn是相邻两计数点间的距离 (2)s是两个连续相等的时间里的位移差：s1s2s1，s2s3s2. (3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T0.02n(打点计时器的频率为 50 Hz，n 为两计数点间 计时点的间隔数) (4)saT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任
4、意两个连续相等的时间间隔内的位移之差 就一定相等. 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 (2017全国卷22)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车旁，如图 2(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 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) 图 2 (1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(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(
5、b)中 A点位置时的 速度大小为_ m/s，加速度大小为_ m/s2.(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.038 解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐 渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动 (2)已知滴水计时器每 30 s内共滴下 46 个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为 T s 30 45 s，所以 A 点位置的速度为 vA m/s0.19 m/s.根据逐差法可得加速度 a 2 3 0.1170.133 2 2 3 ，解得 a0.038 m/s2，故加速度的大小为 0.038 m/s2. x 5x4x2
6、x1 6T2 变式 1 (2018江西省六校第五次联考)在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学选出 了一条清晰的纸带，并取其中的 A、B、C、D、E、F、G 七个点进行研究，这七个点和刻 度尺标度的对照情况如图 3 所示(打点计时器的频率为 50 Hz) 图 3 (1)由图可以知道，A、B 两点的时间间隔是_ s，A 点到 D 点的距离是_ cm， D点到 G点的距离是_ cm；(小数点后保留 2 位) (2)通过测量不难发现，(sBCsAB)与(sCDsBC)、(sDEsCD)、基本相等这表明，在实验误 差允许的范围之内，拖动纸带的小车做的是_运动； (3)经过合理的数据处理后，可以求得加
7、速度 a_ m/s2 ；(小数点后保留 3 位) (4)还可以求出，打 B点时小车的瞬时速度 vB_ m/s.(小数点后保留 3 位) 答案 (1)0.10 4.13(4.104.16 均可) 6.48(6.456.51 均可) (2)匀加速(或匀变速)直线 (3)0.261(0.2540.268) (4)0.126(0.1210.131) 解析 (1)由题图可以知道，A、B 两点的时间间隔是 0.10 s，A 点到 D 点的距离是 4.13 cm， D点到 G点的距离是 6.48 cm； (2)通过测量不难发现，(sBCsAB)与(sCDsBC)、(sDEsCD)、基本相等这表明，在实验误
8、差允许的范围之内，拖动纸带的小车做的是匀加速直线运动 (3)设 A到 B 之间的距离为 s1，以后各段分别为 s2、s3、s4、s5、s6，根据匀变速直线运动的 推论公式 saT2可得：s4s13a1T2，s5s23a2T2，s6s33a3T2，联立可得 a ，解得 a0.261 m/s2； sDGsAD 9T2 (4)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度有 vB0.126 m/s. sAC tAC 变式 2 (2018北京理综21)用图 4 所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律 图 4 主要实验步骤如下： a安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，
9、重复几次 b选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点 O(t0)，然后每隔相同的时间 间隔 T 选取一个计数点，如图 5 中 A、B、C、D、E、F所示 图 5 c通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作 v1、v2、 v3、v4、v5 d以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图 6 所示 图 6 结合上述实验步骤，请你完成下列任务： (1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母) A电压合适的 50 Hz交流电源 B电压可调的直流电源 C刻度尺 D秒表 E天平(含砝码) (2)在图象中已标出计数点 A、
10、B、D、E 对应的坐标点，请在该图中标出计数点 C 对应的坐 标点，并画出 vt 图象 (3)观察 vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_vt 图 象斜率的物理意义是_ (4)描绘 vt图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动用平均速度表示各计数点的 x t 瞬时速度，从理论上讲，对 t的要求是_(选填“越小越好”或“与大小无关”)； 从实验的角度看，选取的 x 大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”) (5)早在 16 世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的当时只能靠滴水计 时，为此他设计了如图 7 所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想请你结 合
11、匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间 均匀变化的 图 7 答案 (1)A C (2)如图所示 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为 0，其速度 vt，那么它通过的位移 xt2.因此，只要测量小 球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化 解析 (1)打点计时器使用的是交流电源，故选 A，不选 B；相邻打点间的时间是已知的， 故不选 D；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选 C；由于不需要知道小车和重物的质 量，故不需要天平(含砝码)，故不选 E. (2)连线时要让尽量多的点在一条直
12、线上 (3)可以依据 vt图象是倾斜的直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小 车做匀变速直线运动；vt 图象的斜率表示加速度 (4)严格地讲，表示的是 t 内的平均速度，只有当 t 趋近于 0 时，才表示瞬时速度， x t x t 因此若用表示各计数点的瞬时速度，对 t的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的 x t x越小，用计算得到的平均速度越接近计数点的瞬时速度，但 x 过小，测量误差增大， x t 因此选取的 x大小与速度测量的误差有关 (5)如果小球的初速度为 0，其速度 vt，那么它通过的位移 xt，故推出 xt2.因此， 0v 2 只要测量小球通过不同位移所用的时
13、间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化 命题点二 实验拓展创新命题点二 实验拓展创新 1复习启示 高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景因此，要在 夯实实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理 新问题 2情景拓展 3数据处理 (1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度长木板倾斜靠重力获得加速度 (2)速度的测量方法：由打点纸带求速度测定遮光片的宽度 d 和遮光片通过光电门的挡光 时间 t，由 v求速度 d t (3)加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度利用经过两个光电门的瞬时速 度，由速度位移关系式求加速度 类型
14、1 实验情景创新 例 2 (2017全国卷22)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 图 8 实验步骤如下： 如图 8(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 t 时v 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的位置相同，令滑块
15、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 vt 图，如图(c)所示 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) 答案 (1)vA at (2)52.1 16.6 1 2 解析 (1)设挡光片末端到达光电门的速度为 v，则由速度时间关系可知：vvAat，且v v Av 2 联立解得： vA at；v 1 2 (2)由题图(c)可读出 vA52.1 cm/s，图线的
16、斜率 k a cm/s28.28 cm/s2， 1 2 53.652.4 18035 103 即 a16.6 cm/s2. 变式 3 (2018天津市南开中学月考)某校研究性学习小组的同学用如图 9 甲所示的滴水法 测量一小车在斜面上运动时的加速度实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉钉住；把 滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度为每 0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端， 把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是 水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面
17、底端时立即将小车移开 图 9 图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是：s011.40 cm、s122.15 cm、s232.91 cm、s343.65 cm、s454.41 cm、s565.15 cm，试问： (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的_原理类似 (2)由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时间的瞬时速度 v4_ m/s，计算小车的加 速度a的表达式为_，计算结果为_ m/s2.(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)打点计时器 (2)0.20 0.19 s 56s45s34s23s12s01 9T2 解析 (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器原理类似 (2
18、)计数点 4所代表时间的瞬时速度 v4 m/s0.20 m/s s34s45 t35 3.654.41 102 2 0.2 小车的加速度 a 的表达式为： a s 56s45s34s23s12s01 9T2 代入数据可得：a0.19 m/s2. 类型 2 实验方法拓展 例 3 (2018全国卷22)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
19、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：_. 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子 2LL1 g 解析 (2)根据自由落体运动的规律，得 LL1 gt2，解得 t. 1 2 2LL1 g (3)将 g9.80 m/s2，L30.0 cm0.300 m，L110.4 cm0.104 m，代入 t 得 t 2LL1 g
20、0.20 s. (4)建议：多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子 变式 4 (2018广东省汕头市第二次模拟)某同学用图 10(a)所示的实验装置测定重力加速 度，其中打点计时器的电源为交流电源，频率为 50 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示，相 邻计数点之间的时间间隔都为 t. 图 10 (1)本实验除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下 列器材中，还必须使用的器材是_(填器材前面的代号) A交流电源 B刻度尺 C天平(含砝码) (2)若使用 s1和 s3两组数据来计算重力加速度，则表达式为 g_. (3)已测得 s16.60 cm，s28.
21、15 cm，s39.72 cm，已知当地的重力加速度大小约为 9.8 m/s2，由此可推算出所选纸带相邻计数点之间的时间间隔t_ s，实验测得的重力 加速度为_ m/s2. 答案 (1)AB (2) (3)0.04 9.75 s3s1 2t2 解析 (1)测定重力加速度，不需要测量物体的质量，则不需要天平，因为需要打点计时 器，则需要交流电源，需要刻度尺测量点迹间的距离，故选 A、B. (2)根据 s3s12gt2，得重力加速度 g. s3s1 2t2 (3)根据 s3s12gt2得： t s0.04 s. s3s1 2g 9.726.60 102 2 9.8 由(2)知，g m/s29.75 m/s2. s3s1 2t2 9.726.60 102 2 0.042