实验一研究匀变速直线运动—2021高中物理一轮复习学案

1、实验一研究匀变速直线运动SZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理自测巩固一、实验目的1 .练习正确使用打点计时器2 .会计算纸带上各点的瞬时速度3 .会利用纸带计算加速度4 .会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度二、实验原理1 .打点计时器：(1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f= 50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。(2)工作条件：电磁打点计时器，6 V以下交流电源;电火花计时器，220 V交流电源。(3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取

2、一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为Q。2 .匀变速直线运动的判断：(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为 X1、X2、X3、X4，若Ax=X2 X1= X3X2= X4X3=则说明物体在做匀变速直线运动，且Ax=aT2°(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的vt图象。若v t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。3 .由纸带求物体运动速度的方法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度Xn-b Xn+ 1等于这段时间内的平均速度，Vn=xT。4 .利用纸带求物体加速度的两种

3、方法X5 X2X6 X3a2= 3T2，a3= 3T2 'X4 X1(1) “逐差法”，若为偶数段，如6段，则a1 = W3 Ia1+ a2+ a3然后取平均值 a =3口 rX4+X5+X6 X1+X2+X3即"9T2若为奇数段，则最小段往往不用，如5段，可不用第1段，转换为偶数段。则 a =X4 + X5 X2 + X34T2(2)图象法，先求出n个点的瞬时速度(一般要5点以上)，然后作出v t图象，用vt 图象的斜率求物体运动的加速度。三、实验器材电火花计时器（或电磁打点计时器 卜一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸。四、实验步骤

4、1 .按照课本实验原理图所示实验装置，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，下端挂适量的钩码，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 .换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。五、注意事项1 .平行：纸带、细绳要和长木板平也2 .两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；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，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。4 .减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以

5、减小长度的测量误差，加速度大小以能在25 50 cm的纸带上清楚地取出 67个计数点为宜。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO核心考点重点突破* 考点一教材原型实验* 例1 （2020天津七校联考）用如图甲所示的装置探究匀变速直线运动的规律。实验中，打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz,小车的一端通过跨过滑轮的细线与重锤相连，另一端与穿过打点计时器的纸带相连。（1）为准确完成本实验，必须满足的条件是DoA.保持木板水平B .把长木板的右端垫起适当的高度以平衡摩擦力C.重锤的质量要远小于小车的质量D.调整滑轮的高度使细线与长木板平行(2)某次实验中打出的一条纸带及

6、测量数据如图乙所示，A、B、C、D、E每两相邻的计数点之间还有四个点未画出。则本次实验中(结果保留三位有效数字)B点到。点的距离OB为27.0 cm。打下C点时小车的速度大小为 115 m/s。小车的加速度大小为 10 m/s2。解析本题考查探究匀变速直线运动的实验注意事项及数据处理。(1)本实验是探究匀变速直线运动的规律，只需要小车做匀变速直线运动即可，因此，需要调整滑轮的高度使细线与长木板平行，不需要保持木板水平， 不需要平衡摩擦力，不需要重锤的质量远小于小车的质量，选项D正确，选项A、B、C错误。(2)由连续相等的时间内位移之差相等得，OD OC (OC OB)=OC-OB- (OB O

7、A),解得 OB= 1(3OC + OAOD) = 1x (3X 38.0 cm+17.0 cm -50.0 cm) = 27.0 cm。 33一一一.，,1. . 电源的频率为50 Hz,打点计时器打点的周期为T = f=0.02 s,相邻两计数点间的时间间隔t=5T = 0.1 s,由中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度知，打下 C点时小车小、土OD OB的速度大小VC= 2t0500 m 0.270 m2 0.1 s= 1.15 m/s.小车的加速度大小为_ CE - AC2t 2=1.0 m/s2。0630 m 0380 m 0380 m 0.170 m 2X 0.1 s2方法总结

8、:(1)速度的计算方法：根据中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度求解。(2)加速度的计算方法：若纸带上给出的连续相等时间的位移为偶数段，则可将位移分为两部分，根据逐差法求解；若纸带上给出两段不连续的位移，则根据Xn xm=(n m)aT2求解；若纸带上给出的连续相等时间的位移为奇数段，一般去掉最短的一段，再用"逐差法"求解；若X2 X1= X3X2= X4X3=，则直接用 Ax= aT2求解。类题演练1(2019云南曲靖第一中学月考)用如图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规 律。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，重复几

9、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(t=0),然后每隔四个点选取一个计数点，如图乙中 A、B、C、D、E、F所示。乙通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E五点时小车的速度，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，作出速度一时间图象如图丙所示。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A和C(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(含祛码)(2)根据速度一时间图象可知，计数点 O对应的小车速度为 01 m/s,小车运动的加速度 为 16 m/s

10、2。(3)纸带中只标出了 O、A两计数点的距离为 1.80 cm,计算可得A、B两计数点的距离 为 3.40 cm。解析本题考查纸带的使用，利用v-t图象探究匀变速直线运动规律。(1)本实验中使用的有电压合适的50 Hz交流电源和刻度尺，不需要直流电源、停表和天平，故选A、Co，一一八 ，一、，、，_、，Av(2)由图象可知，计数点 O对应的小车速度为 0.1 m/s,小车运动的加速度为a=0.90.122m/s=1.6 m/s。(3)根据 Ax=aT2可知 A、B 两计数点的距离为 1.80 cm+1.6x 0.12x 102 cm = 3.40 cm。* 考点二实验拓展创新从原理迁移和数据

11、处理技巧上进行创新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,要在夯实基础实验的基础上注意迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。2 .情景拓展电叫林及打点计时期密It3 .数据处理(1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度一长木板倾斜靠重力获得加速度。d和遮光片通过光电门的(2)速度的测量方法：由打点纸带求速度一测定遮光片的宽度 挡光时间At,由v=求速度。(3)加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度一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。*例2 (2019河北衡水中学调研)图甲是一种测量重力加

12、速度的仪器结构图，条形重物块（如图乙）通过挂孔挂在夹物装置上，释放后穿过光电门下落到接物斗里，光电门与数字毫秒计相连，可记录光电门被遮光的时间。物块中间有可以遮盖的窗口，如图乙，测出挂孔下边距物块下端的距离为 Li,窗口下边距物块下端的距离为L2。实验步骤如下：夹物装置甲己关闭物块中间的窗口，释放物块，使其自由下落，记录光电门的遮光时间ti；将物块从接物斗中取出，打开物块中间的窗口， 重复步骤，记录光电门第一次被遮 光的时间t2；重复上述实验，多次记录 ti和t2,测出g的值。完成下列填空：物块在时间ti内的平均速度为L1（用所测物理量的符号表示 ），该速度大L（填“大 于” “小于”或“等于

13、”）物块在时间t2内的平均速度。Li L2 2 ti t2-（2）重力加速度g的表达式为g= -j（用所测物理重的将万表不）ti - t2解析本题考查利用光电门测量重力加速度g。Li（i）物块长为Li,物块通过光电门的时间为ti,则物块在时间ti内的平均速度 vi = %；物块做初速度为零的匀加速直线运动，由于ti>t2,故物块在ti秒末的速度大于在 t2秒末的一», i速度，由v=2v知，物体在时间ti内的平均速度大于在时间t2内的平均速度。（2）在步骤中，光电门第二次被遮光的时间约为tit2,物块在t2秒末的速度为V2=2vLi L22 一 一2= %,物块在ti秒末的速度

14、为 vi = 2 v i = ,重力加速度 g=。t2titi t2ti 12类题演练2（2020河北邢台月考）某探究小组为了研究小车的直线运动，用自制的“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图甲所示。实验时，保持桌面水平，让小车在外力的作用下运动一段时间，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续6个水滴的位置及它们之间的距离。已知滴水计时器从滴出第 i个水滴开始计时，到滴出 第26个水滴共用了 10 s。结果均保留两位有效数字。水1牌包u小车 甲"1 9333IT*4*跄 100 II -1 升15© g乙(1)水滴从滴到位置 1至滴到位

15、置6用时 20 so(2)小车运动过程的加速度大小为0.10 m/s2；水滴滴到位置5时，小车的速度大小为0.35m/s。解析本题考查利用水滴计时器研究匀变速直线运动。(1)滴水计时器从滴出第1个水滴开始计时，到滴出第26个水滴共用时10 s,则滴水周10期为T = s=0.4 s,所以水滴从滴到位置1至滴到位置6用时为t' =5X0.4 s= 2.0 s。(2)根据 Ax=aT2可求得 a=150 + J3310083x 10 3 m/s2= 0.10 m/s2,根据匀变速直线 6X 0.4运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可求得水滴滴到位置5时，小车的速度大小为V5 =13Vn1；

16、0 X 10 3 m/s= 0.35 m/s。2 X 0.4二2 NIAN GAO KAO MO NI2年高考模拟训练1 . (2019全国卷I , 22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运 动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在 A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是工点。在打出C点时物块的速度大小为0.233m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为0.75 m/s2(保留2位有效数字)。0 I 2456789105111 1Abe口E

17、I解析物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打 A点。一、xbd 4.65X 10 2C 点 的速度 VC = 2T= -2. 0 1 m/s= 0.233 m/s由图知xab = 1.20 cmxbc = xac xab = 1.95 cmxcd = xad xac = 2.70 cmxde = xae xad = 3.45 cm得 Ax= xbc xab = xcd xbc = xde xcd = aT2解得物块下滑的加速度a= 0.75 m/s22 .(2019全国卷出)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。 实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下

18、落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是Ao (填正确答案标号)A.米尺B,秒表C.光电门D.天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺。(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置 a、b和c得到ab= 24.5 cm、ac= 58.7 cm ,则该地的重力加速度大小为g = 9.7 m/s2。(保留2位有效数字)解析(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺。(2)将米尺竖直放置，小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离

19、。(3)根据As= gT2得重力加速度大小bc ab ac ab abg=T2=58.7 24.524.5 X 10 201m/s2= 9.7 m/s2。3. (2018北京理综,21)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。图1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，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(t = 0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图 2中A、B、C、D、E、F所示。Cd4acTte1 *» fc.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vi、V2

20、、 V3、 V4、 V53所示。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A和C（填选项前的字母）。A,电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平（含祛码）（2）在图3中已标出计数点 A、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 v-t图象。答案如图所示liE!EE!Hm «9 "iiEISliiEtiSn（3）观察v-t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是小车的谏度随时间均匀变化=v-t图象斜率的物理意

21、义是加速度。. &（4）描绘v-t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表布各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对At的要求是越小越好（选填“越小越好”或“与大小无关”）;从实验的角度看，选取的Ax大小与速度测量的误差有J（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4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。答案如果小球的初速度为 0,其速度V8W那么它通过的位移 X8t2。因

22、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(含祛码)，故不选E。(2)连线时要让尽量多的点在一条直线上。(3)可以依据v -t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；v -t图象的斜率表示加速度。Ax. ，一一 .一一. Ax. ，一 .(4)严格地讲，表小的是 At内的平均速度，只有当At趋近于。时，才表不瞬时速度，因此若用 耆表示各计数点的瞬时速度，对At的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的Ax越小，用 第t算得到的平均速度越接近计数点的瞬时速度，但Ax过小，测量误差增大，因此选取的 Ax大小与速度测量的误差有关。(5)如果小球的初速度为 0,