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實(shí)驗(yàn)1.1 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 【高考導(dǎo)航】 搶分題型 ◎題型1 實(shí)驗(yàn)原理與操作 ◎題型2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 ◎題型3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ◇ 命題點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 ◇ 命題點(diǎn)2 數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打點(diǎn)紙帶研究小車的運(yùn)動(dòng)情況。 2．會(huì)利用打點(diǎn)紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。 3．能畫出小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度。 實(shí)驗(yàn)原理 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (1)作用：計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f＝50 Hz時(shí)，每隔0.02 s打一次點(diǎn)。 2．判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法 設(shè)x1、x2、x3、x4…為紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，假如Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝常數(shù)，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 3．求物體瞬時(shí)速度的方法 如圖實(shí)Ⅰ－1所示： 則vn＝。 4．求物體加速度的方法 (1)“逐差法”求加速度 如圖實(shí)Ⅰ－2所示： a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高精確度。 (2)“圖象法”求加速度 求出紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，畫出v－t圖線，直線的斜率即表示加速度。 題型1　實(shí)驗(yàn)原理與操作 例1　 (廣東理綜)研究小車勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)Ⅰ－6甲所示其中斜面傾角θ可調(diào)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz，紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩 點(diǎn)之間還有4個(gè)記錄點(diǎn)未畫出。 (1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．測(cè)量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶 B．接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后放開小車 C．將小車停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，小車尾部與紙帶相連 D．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔 上述實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是：________。(用字母填寫) (2)圖乙中標(biāo)出的相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝____s。 (3)計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小計(jì)算式為v5＝________。 (4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計(jì)算式應(yīng)為a＝________。 答案：(1)DCBA　(2)0.1 (3)　(4) 解得：； 針對(duì)訓(xùn)練： 1．(佛山模擬)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。 (1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用________(選填“交流”或“直流”)電源的計(jì)時(shí)儀器，它的工作電壓是4～6 V，當(dāng)電源的頻率為50 Hz時(shí)，它每隔________s打一次點(diǎn)。 (2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，接通電源與讓紙帶隨小車開始運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)操作過程的操作順序應(yīng)該是（ ） A．先接通電源，后釋放紙帶 B．先釋放紙帶，后接通電源 C．釋放紙帶的同時(shí)接通電源 D．哪個(gè)先，哪個(gè)后都可以 (3)實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)從打出的若干紙帶中選取一條紙帶，如圖實(shí)Ⅰ－7所示，紙帶上按時(shí)間順序取A、B、C、D四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每兩個(gè)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，用尺子測(cè)得相鄰各點(diǎn)間的距離為x1＝3.62 cm，x2＝4.75 cm，x3＝5.88 cm。根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可以判斷小車在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，理由是___ _ (請(qǐng)用文字描述)； 在計(jì)數(shù)點(diǎn)C所代表的時(shí)刻，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度是________m/s，小車的加速度是________m/s2(以上兩空小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字)。 答案　(1)交流　0.02　(2)A　(3)相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移差相等　0.53　1.13 解析　 題型2　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2　某同學(xué)利用圖實(shí)Ⅰ－8所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng)，重物落地后，物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)。從紙帶上便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖實(shí)Ⅰ－9所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz。 (1)通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)________和______之間某時(shí)刻開始減速。 (2)計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為____ m/s，計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為_____ m/s。(保留三位有效數(shù)字) (3)物塊減速運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小為a＝___ m/s2。 答案　(1)6　7(或7　6)　(2)1.00　1.20　(3)2.00 針對(duì)訓(xùn)練： 2．實(shí)驗(yàn)中，如圖實(shí)Ⅰ－10所示為一次記錄小車運(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)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s。 (1)根據(jù)紙帶可判定小車做________運(yùn)動(dòng)； (2)根據(jù)紙帶計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度：vD＝________ m/s，vC＝________m/s，vB＝______m/s。在如圖實(shí)Ⅰ－11所示坐標(biāo)中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________； (3)將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是___ _____________。 答案　(1)勻加速直線　(2)3.90　2.64　1.38　見解析圖　12.60 m/s2　(3)零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度 (3)圖線與縱軸交點(diǎn)的速度的物理意義是零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度。 題型3　創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 命題點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 (1)如果提供光電門和刻度尺，我們可以測(cè)出遮光片的寬度d，借助v＝求出物體通過光電門的速度，再由v－v＝2ax，測(cè)出物體的加速度。 (2)如果提供閃光照相機(jī)和刻度尺，我們可以用處理紙帶的方法，求出物體的瞬時(shí)速度及物體的加速度。 例3　光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實(shí)Ⅰ－12甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來?，F(xiàn)利用圖乙所示的裝置測(cè)量滑塊和長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.010－2 s和4.010－3 s。用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。 (1)滑塊的寬度d＝________cm。 (2)滑塊通過光電門1時(shí)的速度v1＝________m/s，滑塊通過光電門2時(shí)的速度v2＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時(shí)的________，要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值，可將________的寬度減小一些。 答案　(1)1.010　(2)1.0　2.5　(3)平均速度　滑塊 命題點(diǎn)2 數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新 如果測(cè)得物體運(yùn)動(dòng)的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間。 (1)若初速度為零，則x＝at2，因此做出x－t2圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。 (2)若物體的初速度不為零，則x＝v0t＋at2，可得＝v0＋at，因此做出－t圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。 例4　利用圖實(shí)Ⅰ－13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至乙所用的時(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） 292.9 371.5 452.5 552.8 673.8 776.4 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________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖實(shí)Ⅰ－14給出的坐標(biāo)紙上畫出－t圖線； (3) 由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝________ m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 答案　(1)＝－at＋vt(或s＝－at2＋vtt) (2)見解析　(3)2.0(在1.8～2.2范圍內(nèi)都可) (3)圖線的斜率k＝－，由圖線求出k＝－1.0，故a＝－2k＝2.0 m/s2。