2024年高考物理第一轮复习：创新实验课(01)　测量做直线运动物体的瞬时速度

创新实验课01

测量做直线运动物体的瞬时速度一、实验基本技能1．实验目的(1)练习正确使用打点计时器，学会利用纸带上的点测瞬时速度．(2)研究物体做匀变速直线运动的规律，会利用纸带计算匀变速直线运动的加速度．实验基础知识C2．实验原理(1)打点计时器的原理①电磁打点计时器使用8V以下低压交变电源，电火花计时器使用220V交流电．(50Hz

0.02s)②每打两个点的时间间隔为0.02s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s.(2)原理装置图①不需要补偿阻力．②不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量．(3)匀变速直线运动的判断①若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量，即Δx＝aT2，则物体做匀变速直线运动．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图像，若图像是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动．(4)瞬时速度的求法：平均速度法．(5)加速度的求解方法：“逐差法”求加速度，然后取平均值；

“图像法”．3．实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸．4．实验步骤(1)按照实验原理图，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，下端挂适量的槽码，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．2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动(1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离．(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02ns(打点计时器的频率为50Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)．(4)Δx＝aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量．这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．3．误差分析(1)根据纸带测量的位移有误差．(2)电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等．(3)纸带运动时打点不稳定引起测量误差．(4)用作图法作出的v­t图像并不是一条直线．4．注意事项(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．(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，防止槽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，可以减小长度的测量误差产生的影响，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．甲命题点一实验原理与操作C例

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，如图乙中A、B、C、D、E、F……所示．乙c．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v1、v2、v3、v4、v5……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，如图丙所示．丙结合上述实验步骤，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________和________(填选项前的字母)．A．电压合适的50Hz交变电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)(2)在图丙中已标出计数点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v­t图像．解析：(1)打点计时器使用的是交变电源，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，所以不需要天平(含砝码)，故不选E.(2)C点的横坐标为3T，纵坐标为v3，连线时要让尽量多的点在一条直线上．如图所示．答案：(1)A

C

(2)图像见解析(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关[对点演练]1．(2022·东北师大附中等六校联考)研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图(a)．纸带上计数点的间距如图(b)，相邻计数点的时间间隔为T，计数点O至其它各计数点的距离为xi(其中i＝1、2、3……)．(1)(多选)部分实验步骤如下，其中正确的有__________．A．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔B．必须抬高木板右端，补偿阻力C．将小车尾部与纸带相连，小车停靠在打点计时器附近D．先释放小车，后接通电源(2)用x3、x5和T表示计数点4对应的小车速度大小为v4＝__________．(3)用x3、x6和T表示小车加速度的大小为a＝__________．如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，而相邻计数点间还有4个点未画出．打点计时器所接电源频率为50Hz.命题点二数据处理与误差分析C例

2(1)根据________________可以判定小车做匀加速运动．(2)根据运动学有关公式可求得vB＝________m/s，vC＝________m/s，vD＝________m/s.(3)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的v­t图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2.(4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________m/s，则此速度的物理意义是________________________________________________________________________．(4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是零时刻的速度，为0.12m/s，此速度的物理意义是打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度．答案：(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等(2)1.38

2.64

3.90

(3)图见解析12.6

(4)0.12打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度[对点演练]2．某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图所示．A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm.则(1)图中相邻两计数点的时间间隔是________s.(2)打B点时小车的速度大小是________m/s.(3)小车运动的加速度大小是________m/s2.答案：(1)0.1

(2)0.165

(3)0.5命题点三创新拓展实验C实验原理的创新1.滑块在斜面上靠下滑力与摩擦力的合力获得加速度.2.挡光片经过光电门的平均速度作为滑块速度.3.平均速度的大小与挡光片的长度有关．1.物块在斜面上靠下滑力与摩擦力的合力获得加速度.2.由纸带确定物块的加速度.3.结合牛顿第二定律求动摩擦因数．

实验器材的创新1.用滴水针头替代打点计时器打纸带.2.小车在水平桌面上因摩擦做匀减速运动.例

3s1s2s3s4s55.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为______．(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2)【解题方案】第1步：弄清实验目的：测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数．第2步：理清实验原理：铜块在斜面上匀加速下滑，符合动力学模型．弄清运动情况和受力情况，测出运动位移和运动时间，即可求出动摩擦因数．第3步：制定数据处理方案：利用逐差法求加速度，再利用牛顿第二定律求动摩擦因数．答案：0.43

0.32[对点演练]3．(实验原理的创新)(2020·江苏卷)疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究．用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图1所示．(4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向．从该视频中截取图片，________(选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度．解析：(1)要测量当地重力加速度需要尽量减小空气阻力的影响，所以密度大、体积小的小钢球最适合．(2)要完成实验首先应该将刻度尺竖直固定在墙上，安装好三脚架，调整好手机摄像头的位置；因为下落时间很短，所以一定要先打开摄像头开始摄像，然后再将小球从刻度尺旁静止释放，故顺序为①③④②.答案：(1)小钢球(2)①③④②

(3)9.61(9.50～9.70)(4)仍能4．(实验器材的创新)(2020·山东卷)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度．某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小．实验步骤如下：回答以下问题：(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示．由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为