2023高考物理二轮总复习 专题微课6-1 物体速度和加速度的测量

[高考地位]物理实验在高考中一般命制“一力＋一电”两道题目，且大都是教材经典实验的创新考查。难度上，两道题目有较明显的梯度设计，一道中档题，一道偏难。随着新高考反规律化命题的逐步推进，振动与波、热学、光学中的一些实验的“爆冷”考查有可能出现。

[二轮定位]本着“轻重有别、少讲多练”的二轮复习原则，一些基础实验不再重复、低端消耗有限的备考时间，仅以训练的形式适度巩固即可，将复习的重心放在高考考查的4个超重点上。这4个超重点分别是：(1)物体速度和加速度的测量；(2)物体动摩擦因数的测量；(3)电阻的测量；(4)电源电动势和内阻的测量。专题微课6.1物体速度和加速度的测量类型(一)物体速度的测量[系统归纳]测量物体速度常用的4种方法方法主要器材操作相关实验纸带法交流电源、打点计时器、刻度尺测出计数点间距，由打出某点前后两点时间内的平均速度替代打出该点时的速度测量做直线运动物体的瞬时速度，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，验证机械能守恒定律，验证动量守恒定律等光电门法光电门、螺旋测微器或游标卡尺测出遮光条的宽度及遮光时间，由遮光时间内的平均速度代替物体经过光电门时的速度平抛法竖直平面内末端水平的倾斜或弧形轨道、刻度尺测出物体离开轨道末端后平抛运动的高度与射程，由平抛运动规律计算初速度验证动量守恒定律等弹簧、刻度尺、天平探究弹性势能等圆周法竖直平面内的圆弧轨道、力传感器、天平等力传感器测出物体经过轨道最低点时对轨道的压力，由牛顿运动定律计算物体经过最低点时的速度验证机械能守恒定律等反过来由机械能守恒定律或动能定理计算最低点的速度探究向心力等续表[全悉考法]考法1

利用纸带测量物体的速度[例1]

(2021·浙江6月选考)在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是___________________________________________________________。(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g＝9.80m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝__________J、C点的动能EkC＝__________J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是__________。A．工作电压偏高B．存在空气阻力和摩擦力C．接通电源前释放了纸带[答案]

(1)阻力与重力之比更小(或其他合理解释也可)

(2)0.547

0.588

C考法2

利用光电门和平抛运动知识测量物体的速度[例2]某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器(内壁光滑)等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量为m的弹丸(可看作质点)压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能。(1)甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意________________；弹簧的弹性势能表达式为Ep＝________。(2)乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面右侧固定弹射器，弹射器右侧的A、B位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连，并用刻度尺测得A、B两点间的水平距离x。计时器记录下弹丸从A到B所用的时间t。①弹丸被弹射出的速度大小的表达式是v0＝________；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能Ep＝________。(均用题中字母符号表示)②弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果________(填“有”或“没有”)影响。(3)请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：___________________

______________________________________________________________。②由力作用的独立性可知，重力不影响水平方向的速度，则弹丸的水平速度始终保持不变，故重力对实验结果没有影响。考法3

利用力传感器和圆周运动知识测量物体的速度[例3]某实验小组利用如图(a)所示装置验证小铁球在竖直平面内摆动过程中机械能守恒，将力传感器固定，不可伸长的轻绳一端系住小球，另一端连接力传感器，若某次实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图(b)所示，其中Fm是实验中测得的最大拉力值。(1)现用游标卡尺测得小球直径如图(c)所示，则小球的直径为________cm。(2)小球由A点静止释放到第一次回到A点的时间为________(用含有T0的符号表示)。(3)若测得小球质量为m，直径为D，轻绳长为l，小球释放的位置A到最低点的高度差为h，重力加速度为g，小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中，验证该过程小球机械能守恒的表达式为______________________(用题中给定的字母表示)。[解析]

(1)图(c)所示游标卡尺分度值为0.05mm，根据游标卡尺读数规则读数为12mm＋4×0.05mm＝12.20mm＝1.220cm。(2)小球由A点静止释放到第一次回到A点的时间为一个周期，即2T0。类型(二)物体加速度的测量[系统归纳]测量物体加速度常用的2种方法续表相关实验测量做直线运动物体的瞬时速度，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，测量重力加速度等[全悉考法]考法1

利用纸带测量物体的加速度[例1]某同学用图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的关系，实验中得到一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E为选取的五个计数点，相邻两计数点之间还有4个点没有画出，已知打点计时器使用的电源频率为50Hz，请你通过观察和测量，完成下列问题。(1)图乙中的纸带________端与小车相连(选填“左”或“右”)。(2)打点计时器打C点时，小车的运动速度v＝________m/s。(3)小车运动的加速度a＝________m/s2。(上述计算结果均保留两位有效数字)[答案]

(1)左(2)0.41

(3)0.93(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示，根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝________m/s(结果保留两位有效数字)；(3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝________(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：_______________________________________________________________________

_________________________________________________________________。编号1遮光带2遮光带3遮光带…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…考法3

利用光电门和v2-h图像测量物体的加速度[例3]某物理小组利用DIS装置测定当地的重力加速度g，实验装置如图甲所示。在铁架台上安装有两个光电门(与数据采集器和计算机的连接均未画出)，光电门A固定，光电门B的位置可上下移动，实验前调整两光电门的位置，使小铁球沿图甲中虚线通过两光电门。(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，测量结果如图乙所示，可知其直径D＝________mm。(2)在小铁球自由下落过程中，小组成员用计时装置测出小铁球通过光电门A时的遮光时间为ΔtA，并用小铁球通过光电门的平均速度表示小铁球球心通过光电门的瞬时速度，则小铁球通过光电门A的瞬时速度为vA＝________。(用实验中测得的