2019年度高考物理一輪復習 第一章 運動的描述 勻變速直線運動 實驗一 研究勻變速直線運動學案.doc

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實驗一　研究勻變速直線運動 1.實驗器材 電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片. 2.實驗原理(如圖1所示) 圖1 3.實驗步驟 (1)按照如圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源； (2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面； (3)把小車?？吭诖螯c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進行測量分析. 4.注意事項 (1)平行：紙帶、細繩要和長木板平行. (2)兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源，后取紙帶. (3)防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞. (4)減小誤差：小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出6～7個計數(shù)點為宜. (5)小車從靠近打點計時器位置釋放. 1.數(shù)據(jù)處理 (1)目的 通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，確定物體的運動性質(zhì)等. (2)方法 ①分析物體的運動性質(zhì)——測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質(zhì). ②利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝?a＝＝ ③利用平均速度求瞬時速度：vn＝＝ ④利用速度—時間圖象求加速度 a.作出速度—時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度； b.剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度. 2.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動 (1)x1、x2、x3…xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離. (2)Δx是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2…. (3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T＝0.02n(打點計時器的頻率為50 Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù)). (4)Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等. 命題點一　教材原型實驗 例1　(2017全國卷Ⅰ22)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2(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)6個水滴的位置.(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖2 (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(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.(結果均保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)從右向左　(2)0.19　 0.038 解析　(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動. (2)已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為T＝ s＝ s，所以A點位置的速度為vA＝ m/s≈0.19 m/s.根據(jù)逐差法可求加速度a＝，解得a≈－0.038 m/s2，故加速度的大小為0.038 m/s2. 變式1　如圖3所示，是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的頻率f＝50 Hz，其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm. 圖3 (1)下表列出了打點計時器打下B、C、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度.(結果保留三位有效數(shù)字) 位置 B C D E F 速度(ms－1) 0.737 0.801 0.994 (2)以A點為計時起點，在圖4中畫出小車的速度—時間圖線. 圖4 (3)根據(jù)你畫出的小車的速度—時間圖線計算出小車的加速度a＝________ m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字) (4)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝49 Hz，而做實驗的同學并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏________.(選填“大”或“小”) 答案　(1)0.864　0.928　(2)如圖所示 (3)0.64　(4)大 命題點二　實驗拓展創(chuàng)新 1.復習啟示 高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實驗的基礎上創(chuàng)設新情景.因此，要在夯實基礎實驗的基礎上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題. 2.情景拓展 3.數(shù)據(jù)處理 (1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力獲得加速度. (2)速度的測量方法：由打點紙帶求速度→測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt，由v＝求速度. (3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度，由速度位移關系式求加速度. 類型1　實驗情景創(chuàng)新 例2　(2017全國卷Ⅱ22)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. 圖5 實驗步驟如下： ①如圖5(a)，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； ②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Δt； ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示]，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟②、③； ⑤多次重復步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出v－Δt圖，如圖(c)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Δt的關系式為 ＝________. (2)由圖(c)可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2.(結果保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6 解析　(1)設擋光片末端到達光電門的速度為v，則由速度時間關系可知：v＝vA＋aΔt，且＝ 聯(lián)立解得：＝vA＋aΔt； (2)由圖(c)可讀出vA≈52.1 cm/s，圖線的斜率k＝a＝ cm/s2≈8.28 cm/s2， 即a≈16.6 cm/s2. 類型2　實驗方法拓展 例3　某研究性學習小組用圖6裝置來測定當?shù)刂亓铀俣龋饕僮魅缦拢? ①安裝實驗器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上； ②打開試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計時器記錄小鐵球在兩個光電門間的運動時間t，并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h，計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v； ③保持光電門1的位置不變，改變光電門2的位置，重復②的操作.測出多組(h，t)，計算出對應的平均速度v； ④畫出v－t圖象. 圖6 圖7 請根據(jù)實驗，回答如下問題： (1)設小鐵球到達光電門1時的速度為v0，當?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達式為________.(用v0、g和t表示) (2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表： 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 h(cm) 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 t(s) 0.069 0.119 0.159 0.195 0.226 0.255 v(ms－1) 1.45 1.68 1.89 2.05 2.21 2.36 請在圖7坐標紙上畫出v－t圖象. (3)根據(jù)v－t圖象，可以求得當?shù)刂亓铀俣萭＝______ m/s2，試管夾到光電門1的距離約為______ cm.(以上結果均保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)v＝v0＋gt (2)見解析圖 (3)9.7(9.5～9.9均可)　6.5(6.3～6.7均可) 解析　(1)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律：一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得v＝v0＋gt. (2)描點畫圖，如圖所示. (3)根據(jù)v＝v0＋gt可知，v－t圖象的斜率k＝，解得g≈9.7 m/s2；圖象與縱軸的截距為小球經(jīng)過光電門1時的速度v0，約為1.12 m/s，根據(jù)v02＝2gh得h≈6.5 cm. 變式2　在暗室中用如圖8所示裝置做“測定重力加速度”的實驗.實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀.具體實驗步驟如下： 圖8 ①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下. ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴. ③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度. ④采集數(shù)據(jù)進行處理. (1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是________________________________________________________________________. (2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖9所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測得當?shù)刂亓铀俣萭＝________ m/s2；第8個水滴此時的速度v8＝________ m/s.(結果都保留三位有效數(shù)字) 圖9 (3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：______________________________ ________________________________________________________________________. 答案　(1)頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率　(2)9.72　2.27　(3)存在空氣阻力(或水滴滴落的頻率變化) 解析　(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率.(2)由Δx＝gT2和逐差法解得當?shù)刂亓铀俣萭＝9.72 m/s2，由中間時刻的瞬時速度等于該段位移的平均速度可得，第8個水滴的速度v8≈2.27 m/s.(3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有：存在空氣阻力、水滴滴落的頻率變化等.