（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 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

實驗一速度隨時間變化的規(guī)律1實驗?zāi)康?1)練習(xí)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vt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46V交流電源，電火花計時器使用的是220V交流電源圖13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(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙圖24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?？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(fù)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(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)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(yīng)適當(dāng)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67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)利用逐差法求解平均加速度a1，a2，a3a.利用平均速度求瞬時速度：vn.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、x3xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離(2)x是兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移差：x1x2x1，x2x3x2.(3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T0.02n(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)xaT2，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(xué)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vFm/s；時間t/s00.501.001.502.002.50速度v/(ms1)0.120.170.230.270.28vF(4)請根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)在圖丙中作出小車的vt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：vF102 m/s0.29 m/s；(4)利用描點法可畫出vt圖象如圖所示變式1(2018泰州中學(xué)四模)某小組用圖4甲所示器材測量重力加速度的大小實驗器材由底座帶有標(biāo)尺的豎直桿、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(yīng)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)2k9.67(9.609.80)(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(shè)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g2k；由題圖乙可得，其斜率k m/s24.833 m/s2，則g2k9.67 m/s2；(2)如果保持B不動，設(shè)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(fù)習(xí)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(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景因此，要在夯實基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)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t，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(xué)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用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；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；重復(fù)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(zhǔn)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2MD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(shè)系統(tǒng)運動的加速度為a，則根據(jù)牛頓第二定律得(Mm)gMg(2Mm)a即a，而Hat2，在H一定時，a越小，則t越長，這時測量出時間t的誤差相對越小因此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(Mm)gMg(2Mmm0)a又有Hat2聯(lián)立解得g.變式2(2017全國卷22)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(xué)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)0.190.038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Tss，所以A點位置的速度為vAm/s0.19 m/s.根據(jù)逐差法可求加速度a，解得a0.038m/s2，因此加速度的大小為0.038 m/s2.變式3(2018海安中學(xué)月考)某同學(xué)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按圖甲安裝好實驗器材；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(fù)幾次；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；測量相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，分別記作x1、x2、x3、x6；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(yīng)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(xué)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(xué)在實驗中用量角器還測出了平板斜面的傾角，且已知當(dāng)?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)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：應(yīng)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(yīng)該接46 V低壓交流電源，實驗操作過程中明顯的錯誤是實驗步驟，應(yīng)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xaT2可以求出加速度的大小，得：x4x13a1(2T)2，x5x23a2(2T)2，x6x33a3(2T)2，為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，對三個加速度取平均值得：a(a1a2a3)；(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：mgsinmgcosma，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(xué)期初)在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學(xué)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(yīng)的物體的瞬時速度vAm/s; (5)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f49Hz，而做實驗的同學(xué)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(0.410.45)(4)0.074(0.0700.080)(5)大解析(1)f50 Hz，T0.02 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t0.1 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：vC0.16 m/s；(3)根據(jù)公式xat2，有CEAC4at2，代入數(shù)據(jù)解得a0.43 m/s2；(4)由勻變速直線運動速度與時間關(guān)系式得：vAvCa(2t)0.074 m/s.(5)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f49 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(xué)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(xué)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T0.10s該同學(xué)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(biāo)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(xué)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：v20.47 m/s(2)由逐差法可得：a070 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(xué)模擬)某研究性學(xué)習(xí)小組用圖10裝置來測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋饕僮鞑襟E如下：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；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；保持光電門1的位置不變，改變光電門2的位置，重復(fù)的操作測出多組(h，t)，計算出對應(yīng)的平均速度v；畫出vt圖象圖10請根據(jù)實驗，回答如下問題：(1)設(shè)小鐵球到達光電門1時的速度為v0，當(dāng)?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)123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(ms1)1.451.681.892.052.212.36請在圖11坐標(biāo)紙上畫出vt圖象圖11(3)根據(jù)vt圖象，可以求得當(dāng)?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)vv0gt(2)見解析圖(3)9.7(9.59.9)6.5(6.36.7)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vv0gt.(2)描點畫圖，如圖所示(3)根據(jù)vv0gt可知，vt圖象的斜率k，解得g9.7m/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)v022gh得h6.5cm.