高考物理一轮复习第一章实验一研究匀变速直线运动教案新人教版

实验一研究匀变速直线运动命题点一教材原型实验用图1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．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3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________和________(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(含砝码)(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v­t图象．(3)观察v­t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_______________________________________________________．v­t图象斜率的物理意义是_______________________________．(4)描绘v­t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)．【解析】本题考查研究匀变速直线运动规律的实验．(1)打点计时器所用电源为50Hz的交流电源，测量各计数点间距离需用刻度尺．(2)图见答案．(3)因为小车的速度随时间均匀变化，所以小车做匀加速直线运动．由匀加速直线运动中速度v＝v0＋at，可知v­t图象斜率的物理意义是加速度．(4)eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，若用eq\x\to(v)表示瞬时速度，Δt越小越好，而选取的Δx大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小．【答案】(1)AC(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关1．某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动的小车的运动情况，如图1所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出)，相邻计数点间有4个点迹未画出(打点计时器每隔0.02s打出一个点)．(1)为研究小车的运动，此同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF等各段纸带剪下，将剪下的纸带一端对齐，按顺序贴好，如图2所示．简要说明怎样判断此小车是否做匀变速直线运动：各段纸带上方左上角(或上方中点、上方右上角)或各段纸带中点分别在一条直线上，或每段纸带比前一段纸带增加的长度相同(答对一条即可)．(2)在图1中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.31cm、x4＝8.94cm、x5＝9.57cm、x6＝10.20cm，则打下点迹A时，小车运动的速度大小是0.74m/s，小车运动的加速度大小是m/s2(计算结果保留两位有效数字)．解析：(1)若各段纸带上方左上角、上方中点、上方右上角或各段纸带的中点分别在一条直线上，则说明小车做匀变速直线运动．(2)打下点迹A时，小车运动的速度大小等于小车打下O、B两点过程中的平均速度，即vA＝eq\f(x1＋x2,2T)a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，代入数据可得a＝0.63m/s2.1在研究匀变速直线运动的实验中，只需保证小车做匀变速直线运动，与加速度的大小和决定其大小的因素无关，因此没有必要要求小车的质量远大于钩码的质量及平衡摩擦力.2为了减小误差，计算加速度时应用逐差法.B点为A、C的中间时刻点，在匀变速直线运动中，中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度命题点二实验拓展创新1．情景拓展2．改进获取数据的方法(1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度eq\o(→,\s\up17(改进))长木板倾斜靠重力获得加速度．(2)速度的测量方法：由打点纸带求速度eq\o(→,\s\up17(改进))测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间Δt，由v＝eq\f(d,Δt)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eq\o(→,\s\up17(改进))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．类型1实验情景创新某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“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(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的．(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝eq\f(30,46－1)s＝eq\f(2,3)s．根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝eq\,2T)m/s≈0.19m/s.根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝eq\f(x4＋x5－x1－x2,6T2)＝eq\f(100＋83－150－133,6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))2)m/s2≈－0.037m/s2.因此加速度的大小为0.037m/s2.【答案】2．(2019·福建质检)图甲为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图，滑块上装有宽度为d(很小)的遮光条，滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间Δt以及遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d＝0.75cm.(2)实验时，滑块从光电门1的右侧某处由静止释放，测得Δt＝50ms，则遮光条经过光电门1时的速度v＝0.15m/s.(3)保持其他实验条件不变，只调节光电门2的位置，滑块每次都从同一位置由静止释放，记录几组x及其对应的t，作出eq\f(x,t)­t图象如图丙，其斜率为k，则滑块加速度的大小a与k的关系可表达为a＝2k.解析：(1)由游标卡尺的读数规则可知，读数应为d＝7mm＋5×0.1mm＝7.5mm＝0.75cm.(2)由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度等于挡光时间内的平均速度，则v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(0.75×10－2m,50×10－3s)＝0.15m/s.(3)滑块由光电门1运动到光电门2的过程中，由位移公式x＝vt＋eq\f(1,2)at2，整理得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at＋v，因此可知图象的斜率k＝eq\f(1,2)a，则加速度a＝2k.类型2实验方法拓展某研究性学习小组用图1装置来测定当地重力加速度，主要操作如下：①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作．测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度v；④画出v­t图象．请根据实验，回答如下问题：(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g.则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为________．(用v0、g和t表示)(2)实验测得的数据如下表：实验次数123456h(cm)t(s)v(m·s－1)请在图2坐标纸上画出v­t图象．(3)根据v­t图象，可以求得当地重力加速度g＝________m/s2，试管夹到光电门1的距离约为________cm.(以上结果均保留两位有效数字)【解析】(1)根据匀变速直线运动的规律：一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得v＝v0＋eq\f(1,2)gt.(2)描点画图，如图所示．(3)根据v＝v0＋eq\f(1,2)gt可知v­t图象的斜率k＝eq\f(g,2)，解得g≈9.7m/s2；图象与纵轴的截距为小球经过光电门1时的速度v0，约为1.12m/s，根据veq\o\al(2,0)＝2gh得h≈6.5cm.【答案】(1)v＝v0＋eq\f(1,2)gt(2)见解析图(3)9.7(9.5～9.9均可)6.5(6.3～6.7均可)1研究匀变速直线运动，除了课本基本方法之外，常用方法还有落体法、滴水法及闪光照片来研究.2对于创新性实验，弄清实验原理是解题关键.1．某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度：(1)电火花计时器的工作电压为交流220V，频率为50Hz.(2)打出的纸带如图乙所示，实验时纸带的乙(填“甲”或“乙”)端和重物相连接．(3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为9.4m/s2.解析：(1)交流220V,50Hz.(2)开始打点时，速度小，点距近，故乙端与重物相连接．(3)x23－x78＝5aT2，a＝eq\f(x23－x78,5T2)＝eq\f(×10－2,5×2)m/s2＝9.4m/s2.2．现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示．重力加速度大小取g＝9.80m/s2.单位：cmx1x2x3x4hs根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度a＝4.30m/s2(保留3位有效数字)．(2)因为物块加速度小于geq\f(h,s)＝5.88m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)，可知斜面是粗糙的．解析：(1)根据逐差法求出加速度a＝eq\f(x3＋x4－x1＋x2,2T2)≈4.30m/s2.(2)根据牛顿第二定律，物块沿光滑斜面下滑的加速度a′＝gsinθ＝geq\f(h,s)＝5.88m/s2，由于a<a′，可知斜面是粗糙的．3．物理小组的同学用如图1所示的实验器材测定重力加速度，实验器材有：底座，带有标尺的竖直杆，光电门1和光电门2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小球释放点)，小球释放器(可使小球无初速度释放)，网兜．实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h.(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图2所示，则小球直径为1.170cm.(2)改变光电门1的位置，并保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v2，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v2四个物理量之间的关系为h＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根据实验数据作出eq\f(h,t)­t图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为2k.解析：(1)游标卡尺的读数为d＝11mm＋14×eq\f(1,20)mm＝11.70mm＝1.170cm.(2)小球经过光电门2的速度为v2，则开始释放到经过光电门2的时间t0＝eq\f(v2,g)，从开始释放到经过光电门1的时间t1＝t0－t＝eq\f(v2,g)－t，可得经过光电门1的速度v1＝gt1＝v2－gt.根据匀变速直线运动规律可得h＝eq\f(v1＋v2,2)t＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根据h＝v2t－eq\f(1,2)gt2得，eq\f(h,t)＝v2－eq\f(1,2)gt，故eq\f(h,t)­t图线斜率的绝对值k＝eq\f(1,2)g，重力加速度大小g＝2k.4．利用自由落体运动可测量重力加速度．某同学利用如图所示的实验装置进行了实验，图中的M为可恢复弹簧片，M与触头接触，开始实验时需要手动敲击M断开电路，使电磁铁失去磁性释放第一个小球，小球撞击M时电路断开，下一个小球被释放．(1)为完成实验，除图示装置提供的器材外还需要的器材有刻度尺和秒表．(2)用图中所示的实验装置做实验，测得小球开始下落的位置与M的高度差为120.00cm，手动敲击M的同时开始计时，到第80个小球撞击M时测得总时间为40.0s，可求得重力加速度g＝9.6m/s2(结果保留两位有效数字)．(3)若该同学测得的重力加速度偏小，可能的原因是AC.A．手动敲击M时提前计时B．手动敲击M时延后计时C．记录撞击M的小球个数时少数了一个D．记录撞击M的小球个数时多数了一个解析：(1)由h＝eq\f(1,2)gt2知，需要用刻度尺测量小球开始下落的位置与M的高度差h，用秒表测量时间．(2)一个小球自由下落的时间t＝eq\,80)s＝0.50s，g＝eq\f(2h,t2)＝eq\f(2×1.2000,2)m/s2＝9.6m/s2.(3)手动敲击M时提前计时或记录撞击M的小球个数时少数一个都会增加自由下落的时间t，使根据g＝eq\f(2h,t2)算出的g值偏小．5．利用如图甲所示的装置可以研究匀变速直线运动的规律．将质量为m1的物块1与质量为m2的物块2(m1<m2)通过轻绳悬挂在定滑轮上，打点计时器(用频率为50Hz的交流电)固定在竖直方向上，物块1与穿过打点计时器的纸带相连接．开始时托住物块2使两物块均处于静止状态，之后将物块2自由释放．图乙所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，O是打点计时器打下的第一个点，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出．(1)相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s；(2)实验时要在接通打点计时器电源之后释放物块2(填“前”或“后”)；(3)将各计数点至O点的距离依次记为h1、h2、h3、h4，测得h2＝1.60cm，h4＝6.40cm，则打点计时器打下C点时物块的速度大小为0.24m/s；(4)根据测出物块1上升的高度h与相应的时间t，描绘出如图丙所示的h­t2图线，由此可以求出物块的加速度大小为m/s2.解析：(1)相邻两计数点之间的时间间隔T＝0.02×5s＝0.1s．(2)实验时要先接通打点计时器的电源，后释放物块．(3)C点的瞬时速度为BD段的平均速度，vC＝eq\f(s4－s2,2T)＝eq\,2×0.1)m/s＝0.24m/s.(4)根据运动学公式h＝eq\f(1,2)at2，因此h­t2图线的斜率k＝eq\f(a,2)，故a＝2k＝