《备战2021届高考高三物理一轮复习专题：第4讲 研究匀变速直线运动讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2021届高考高三物理一轮复习专题：第4讲 研究匀变速直线运动讲义（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第4讲研究匀变速直线运动基础命题点课本原型实验一、实验目的1练习正确使用打点计时器。2会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。3会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的vt图象，根据图象求加速度。二、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。三、实验原理1匀变速直线运动的判断(1)若物体在任意连续相等时间T内的位移之差x为一恒量，即xaT2，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图象，若图象是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动。2由纸带计算
2、某点的瞬时速度根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度来计算，即vn。3利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法以连续相邻的位移x1、x2、x3、x4、x5、x6为例：根据x4x1x5x2x6x33aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔)，求出a1，a2，a3，然后取平均值，即，即为物体的加速度。(2)图象法利用vn求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出vt图象，用vt图象的斜率求物体运动的加速度。四、实验步骤1仪器安装(1)如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。(2)把一条细绳拴在小车上
3、，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。2测量与记录(1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即相邻两计数点的时间间隔为T0.1 s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中。(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬
4、时速度求得各计数点的瞬时速度。(4)增减所挂钩码数，再重复实验两次。五、数据处理公式法处理数据在实验原理部分已详细介绍，下面介绍用图象法处理数据。1由实验数据得出vt图象(1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。(2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。2由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律有两条途径进行分析：(1)直接分析图象的特点：小车运动的vt图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相同的值v，由此得出结论
5、：小车的速度随时间均匀变化。(2)通过函数关系进一步分析：既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成“线性关系”，小车的速度随时间均匀变化。六、误差分析1偶然误差(1)纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。(2)作图时描点位置不准导致误差。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位长度，用细铅笔认真描点。2系统误差(1)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的电压及频率的交流电源。(2)木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速
6、度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。例1(2016天津高考)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中，必要的措施是_。A细线必须与长木板平行B先接通电源再释放小车C小车的质量远大于钩码的质量D平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如下图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm。则小车的加速度a_m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB_ m/
7、s。(结果均保留两位有效数字)解析(1)若细线与长木板不平行，随着小车逐渐靠近滑轮，细线与水平方向的夹角增大，小车所受合力随之变化，因此小车的加速度发生变化，即小车不做匀变速直线运动，故细线必须与长木板平行，A选项必要。先接通电源，待打点计时器稳定工作后再释放小车，点迹按匀变速运动规律显现在纸带上；若先释放小车再接通电源，则开始阶段点迹不规律，误差较大，故B项必要。该实验研究小车的匀变速直线运动，与小车所受到的合力及合力大小的计算无关，故C、D项不必要。(2)交流电的频率为f50 Hz，相邻两计数点间的时间间隔t0.1 s，由逐差法可求小车的加速度。a m/s20.80 m/s2vB m/s0
8、.40 m/s。答案(1)AB(2)0.800.40实验注意事项(1)平行：纸带和细绳要与木板平行，小车运动要平稳。(2)靠近：小车从靠近打点计时器处释放。(3)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验后应先断开电源，后取下纸带。(4)防止碰撞：要防止钩码落地以及小车与滑轮相撞。(5)钩码适当：小车的加速度过大或过小将导致纸带上的点过少或各段位移差过小，从而产生较大的测量误差。加速度的大小以能在约50 cm长的纸带上清晰地选取67个计数点为宜。例2在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：(1)实验室提供了以下器材：一端装有定滑轮的长木板、小车、纸带、钩码、46 V交流电源。为了完
9、成本实验还须从下列选项中选取的实验器材是_。A弹簧测力计 B刻度尺C电磁打点计时器 D电火花计时器(2)实验过程中，得到如图所示的一条纸带。已知打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，纸带上的各个点均为计数点(相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出)。测量数据及其标记符号如图所示。打点计时器打下点2时小车的速度大小为_ m/s。(结果保留小数点后两位)某同学记录如下数据。若从计数点0开始计时，结合上一步求得的点2速度，请在坐标纸中画出vt图象。时间t/s0.10.30.40.5速度v/ms10.531.161.471.78由图象可求得小车运动的加速度大小为_ m/s2(结果保留两位有效数字)。
10、若交流电的实际频率变小，但计算时仍按50 Hz计算，则加速度的测量值比真实值_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析(1)电源为46 V的交流电源，故在本实验中需要电磁打点计时器记录小车的运动位置和时间，还需要刻度尺测量小车的位移，故正确答案为B、C。(2)相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出，所以相邻两个计数点间的时间间隔T0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上点2时小车的瞬时速度大小：v2 m/s0.85 m/s。根据描点作图法可得：(3)vt图象的斜率等于加速度，a m/s23.1 m/s2。若当交流电的实际频率小于50 Hz，则打点的时
11、间间隔大于0.02 s，仍按0.02 s计算，则时间的实际值比测量值大，所以加速度的测量值比真实值偏大。答案(1)BC(2)0.85图见解析(3)3.1偏大求加速度的三种方法中，用xaT2直接求加速度的方法简单，但误差较大，适用于测量数据准确或计数间隔较少的情况；逐差法求加速度误差较小，但需选取的计数间隔为偶数；图象法求加速度的科学性强、误差小，适用于所测数据的计数间隔较多的情况。1在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：_。A把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路C
12、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码D把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次F从四条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位，在选好的起始点下面记作0，第六个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离G根据公式a1、a2、a3及a求出a答案ABCDFG解析打点计时器应用交流电源，E错误。根据实验操作和原理可知，A、B、C、
13、D、F、G均正确。2实验中，如图甲所示为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，相邻两计数点间的时间间隔T0.1 s。(1)根据纸带可判定小车做_运动。(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。在如图乙所示坐标中作出小车的vt图线，并根据图线求出纸带的加速度a_。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是_。答案(1)匀加速直线(或匀加速)(2)3.902.641.38图见解析12.6 m/s2(3)表示小车经过A点时的速度解析(1)根据纸带提供的数据可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm，故小车做匀加速
14、直线运动。(2)vD m/s3.90 m/svC m/s2.64 m/svB m/s1.38 m/s如图所示描点连线得vt图线，由图线斜率知纸带的加速度a m/s212.6 m/s2。(3)由图知交点的速度表示小车经过A点时的速度。3(2019广东高考模拟)在研究匀变速直线运动实验中，在打点计时器打下的纸带上，选取一段纸带如图所示，实验员告知同学们交流电的频率为50 Hz，图中每相邻两点中间还有四点没有画出；用刻度尺量得A到B、C、D、E各点的距离依次为：1.23 cm、3.71 cm、7.44 cm和12.42 cm，则打C点时物体的瞬间速度大小为_ m/s；该匀变速直线运动的加速度的大小为_ m/s2(以上结果均保留三位有效数字)。若实际上交流电的频率为51 Hz，则上面计算出的加速度的值比实际值_(填“偏大”“偏小”或“不偏”)。答案0.3111.25偏小解析打C点时物体的速度，等于打B、D点间物体的平均速度：vC m/s0.311 m/s。利用逐差法求加速度可得：a m/s21.25 m/s2。求加速度的公式为asf2，由题意
