《（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復習 第一章 運動的描述 勻變速直線運動 實驗一 速度隨時間變化的規(guī)律講義（含解析）.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復習 第一章 運動的描述 勻變速直線運動 實驗一 速度隨時間變化的規(guī)律講義（含解析）.docx（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

實驗一　速度隨時間變化的規(guī)律 1．實驗目的 (1)練習正確使用打點計時器； (2)會利用紙帶求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度； (3)會利用紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的v－t圖象，會根據(jù)圖象求加速度． 2．實驗原理 打點計時器是測量時間的儀器，通過紙帶記錄了物體的運動過程．打點計時器有電磁打點計時器和電火花計時器，如圖1甲、乙所示．打點計時器使用的是50Hz的交變電流，每隔0.02s打一次點；電磁打點計時器使用的電壓是4～6V交流電源，電火花計時器使用的是220V交流電源． 圖1 3．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． 圖2 4．實驗步驟 (1)按照如圖2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)把小車停靠在打點計時器處，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． 5．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：小車的加速度應適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約 50cm的紙帶上清楚地選取6～7個計數(shù)點為宜． 6．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． 7．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)相等的時間間隔內(nèi)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50Hz，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　(2018鹽城市期中)為了“探究物體運動速度隨時間的變化規(guī)律”，某同學采用了如圖3甲所示的實驗裝置． (1)完成該實驗是否需要平衡小車與木板間的摩擦力(選填“需要”或“不需要”)； (2)完成該實驗是否需要滿足砝碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量(選填“需要”或“不需要”)； 圖3 (3)從圖乙紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表所示，其中F點速度為vF＝m/s； 時間t/s 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 速度v/(ms－1) 0.12 0.17 0.23 0.27 0.28 vF (4)請根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)在圖丙中作出小車的v－t圖象． 答案　(1)不需要　(2)不需要　(3)0.29　(4)見解析圖 解析　(3)根據(jù)這段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度， 則有：vF＝10－2 m/s＝0.29 m/s； (4)利用描點法可畫出v－t圖象如圖所示 變式1　(2018泰州中學四模)某小組用圖4甲所示器材測量重力加速度的大?。畬嶒炂鞑挠傻鬃鶐в袠顺叩呢Q直桿、光電計時器A和B、鋼制小球和網(wǎng)兜組成．通過測量小球在A、B間不同位移時的平均速度，求重力加速度． 圖4 (1)實驗時，應先(選填“釋放小球”或“接通光電計時器”)； (2)實驗中保持A不動，沿桿向下移動B，測量A、B之間的距離h及鋼球經(jīng)過該距離所用時間t，經(jīng)多次實驗繪出與t關(guān)系圖象如圖乙所示．由圖可知，重力加速度g與圖象的斜率k的關(guān)系為g＝，重力加速度的大小為m/s2； (3)若另一小組用同樣的實驗裝置，保持B不動，沿桿向上移動A，則(選填“能”或“不能”)通過上述方法測得重力加速度的大小： (4)為減小重力加速度的測量誤差，可采用哪些方法？(提出一條即可) 答案　(1)接通光電計時器　(2)2k　9.67(9.60～9.80) (3)能　(4)AB間距離盡可能大、鋼球體積盡可能小等 解析　(2)在題圖乙的直線上取兩個點(t1，)，(t2，)，則圖象的斜率k＝，而正是鋼球通過h1時的平均速度，也是這段時間內(nèi)時間中點的瞬時速度，設鋼球由靜止落到A時的時間為t0，故＝g(t0＋)，＝g(t0＋)，將其代入上式可得k＝，即g＝2k；由題圖乙可得，其斜率k＝ m/s2≈4.833 m/s2，則g＝2k≈9.67 m/s2； (2)如果保持B不動，設鋼球由靜止到B的時間為T0，則該時間也是可以在計算的過程中約去的，所以這種方法也可以測得重力加速度． (3)為了減小誤差，可以使AB間距離盡可能大、鋼球體積盡可能小等． 命題點二　實驗拓展與創(chuàng)新 從原理遷移和數(shù)據(jù)處理技巧上進行創(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(guān)系式求加速度． 例2　(2018江蘇卷11)某同學利用如圖5所示的實驗裝置來測量重力加速度g.細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘．實驗操作如下： 圖5 ①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H； ②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼； ③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止．釋放重錘2，同時右手開啟秒表，在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間； ④重復測量3次下落時間，取其平均值作為測量值t. 請回答下列問題： (1)步驟④可以減小對下落時間t測量的(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差． (2)實驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了． A．使H測得更準確 B．使重錘1下落的時間長一些 C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2M D．使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等 (3)滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差．現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做． (4)使用橡皮泥改進實驗后，重新進行實驗測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0.用實驗中的測量量和已知量表示g，得g＝. 答案　(1)偶然　(2)B　(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落　(4) 解析　(1)對同一物理量多次測量取平均值的目的是減小偶然誤差． (2)設系統(tǒng)運動的加速度為a，則根據(jù)牛頓第二定律得 (M＋m)g－Mg＝(2M＋m)a 即a＝， 而H＝at2，在H一定時，a越小，則t越長，這時測量出時間t的誤差相對越?。虼藢嶒炓笮°^碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了使重錘1下落的時間長一些，選項B正確． (3)由于摩擦阻力的影響，會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法為在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥的質(zhì)量使輕拉重錘1時能觀察到其勻速下落． (4)根據(jù)牛頓第二定律得 (M＋m)g－Mg＝(2M＋m＋m0)a 又有H＝at2 聯(lián)立①②解得g＝. 變式2　(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6(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30s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖6 (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(jié)果均保留2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的． (2)已知滴水計時器每30s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≈－0.038m/s2，因此加速度的大小為0.038 m/s2. 變式3　(2018海安中學月考)某同學用圖7甲所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動，實驗中使用的電磁打點計時器的打點周期為T，他的實驗步驟如下： 圖7 ①按圖甲安裝好實驗器材； ②讓拖著紙帶的小車沿平板斜面開始向下運動，接通電源，重復幾次； ③選出一條點跡比較清晰的紙帶，舍去開始比較密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù)點，如圖乙中0、1、2、…、6點所示； ④測量相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，分別記作x1、x2、x3、…、x6； ⑤通過測量和計算，判斷出小車沿平板斜面做勻變速直線運動． (1)在甲圖中，明顯存在的問題是；電源應該接(選填“直流”或“交流”)電源；實驗操作過程中明顯的錯誤是． (2)若實驗裝置安裝和操作過程完全正確，利用該同學測量的數(shù)據(jù)可以得到小車的加速度，計算加速度的表達式是a＝； (3)若該同學在實驗中用量角器還測出了平板斜面的傾角α，且已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間，則在以下物理量中，還能計算出(填字母序號)． A．小車的質(zhì)量 B．小車與平板斜面之間的動摩擦因數(shù)μ C．小車到達斜面底端時的動能 D．小車滑下過程中損失的機械能 答案　(1)小車離打點計時器太遠　交流　步驟②：應該先接通電源后釋放小車　 (2)　(3)B 解析　(1)在題圖甲中，明顯存在的問題是小車離打點計時器太遠；電源應該接4～6 V低壓交流電源，實驗操作過程中明顯的錯誤是實驗步驟②，應該是先接通電源后釋放小車． (2)根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：x4－x1＝3a1(2T)2，x5－x2＝3a2(2T)2，x6－x3＝3a3(2T)2，為了更加準確的求解加速度，對三個加速度取平均值得：a＝(a1＋a2＋a3)＝；(3)小車在斜面上受重力、支持力和摩擦力．根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinθ－μmgcosθ＝ma，即可求出小車與平板斜面之間的動摩擦因數(shù)，但不能計算小車的質(zhì)量，故B正確，A錯誤；不知道斜面的長度，所以無法測出小車到達斜面底端時的速度，又小車的質(zhì)量末知，故無法求出小車到達斜面底端時的動能，故C錯誤；由于斜面的長度未知，小車的質(zhì)量未知，無法求出下滑過程中損失的機械能，故D錯誤． 1．(2018興化市第一中學期初)在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶，并在其上取了A、B、C、D、E、F共6個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點計時器打下的點，圖中沒有畫出)，如圖8.打點計時器接的是“220V、50Hz”的交變電流．他將一把毫米刻度尺放在紙帶上，其零刻度和計數(shù)點A對齊．[下述第(2)、(3)、(4)小題結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字] 圖8 (1)該打點計時器打點的時間間隔為s； (2)由以上數(shù)據(jù)計算打點計時器在打C點時，物體的瞬時速度vC是m/s； (3)計算該物體的加速度a為m/s2； (4)紙帶上的A點所對應的物體的瞬時速度vA＝m/s; (5)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f′＝49Hz，而做實驗的同學并不知道，那么由此引起的誤差將使加速度的測量值比實際值偏(填“大”或“小”)． 答案　(1)0.02　(2)0.16　(3)0.43(0.41～0.45)　(4)0.074(0.070～0.080)　(5)大 解析　(1)f＝50 Hz，T＝＝0.02 s (2)每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點計時器打下的點，即相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔是t＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，有：vC＝≈0.16 m/s； (3)根據(jù)公式Δx＝at2，有CE－AC＝4at2，代入數(shù)據(jù)解得a≈0.43 m/s2； (4)由勻變速直線運動速度與時間關(guān)系式得：vA＝vC－a(2t)＝0.074 m/s. (5)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f′＝49 Hz時，相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔t′變大了，但做實驗的同學并不知道，用了較小的t，所以引起的誤差將使加速度的測量值比實際值偏大． 2．(2018江蘇省高考壓軸沖刺卷)某同學在做“研究勻變速直線運動”的實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶的一部分如圖9甲所示，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T＝0.10s．該同學將紙帶從每個計數(shù)點處截斷，得到6條短紙帶，再把6條短紙帶的下端對齊貼在紙上，以紙帶下端為橫軸建立直角坐標系，并將刻度尺邊緣緊靠縱軸，其示數(shù)如圖乙所示．(以下結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖9 (1)打下計數(shù)點“2”時小車的速度大小為m/s. (2)小車的加速度大小為m/s2. (3)在某次實驗中，若該同學所用交流電的頻率小于50Hz，則加速度的測量值(填“＞”“＝”或“<”)真實值． 答案　(1)0.47　(2)0.70　(3)＞ 解析　(1)依據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，那么打下計數(shù)點“2”時小車的速度大小為：v2＝≈0.47 m/s (2)由逐差法可得： a＝≈0．70 m/s2 (3)頻率小，則打點周期變長，即實際兩點間時間大于0.10 s，故測量值會偏大． 3．(2018啟東中學模擬)某研究性學習小組用圖10裝置來測定當?shù)刂亓铀俣龋饕僮鞑襟E如下： 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(直徑足夠小)，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10 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11坐標紙上畫出v－t圖象． 圖11 (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(jié)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)　6.5(6.3～6.7) 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≈9.7m/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≈6.5cm.