《2020年高考物理一轮复习 第1章 运动的描述 匀变速直线运动 实验专题（一）第4讲 研究匀变速直线运动学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理一轮复习 第1章 运动的描述 匀变速直线运动 实验专题（一）第4讲 研究匀变速直线运动学案（含解析）（19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。考点一实验原理与操作1实验原理(1)匀变速直线运动的判断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。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)由纸带计算某点的瞬时
2、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vn来计算。(3)利用纸带求物体加速度的两种方法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。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。2实验步骤(1)仪器安装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。把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸
3、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。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。利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。增减所挂钩码数，再重复实验两次。
4、(2016天津高考)某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。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解析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，则开始阶段没有打点，纸带上得到的点迹较少，也较密，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
5、力及合力大小的计算无关，故C、D项不必要。答案AB特别提醒 (1)纸带和细绳要与木板平行，小车运动要平稳。(2)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。(3)要防止钩码落地以及小车与滑轮相撞。(4)选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，舍弃打点密集的部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少。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把一条细绳拴在小车上，细
6、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解析打点计时器用交流电源，E错误。根据实验操作和原理可知，A、B、C、D、F、G均正确。考点二数
7、据处理与误差分析1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图象根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。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：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：小车的速度随时间均匀变化。通过函数关系进一步分析：既然小车的v
8、t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。2误差分析(1)偶然误差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。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，用细铅笔认真描点。(2)系统误差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交流电源的电压及频率。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度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。(2016海南高考)某同学利用如图a所示的实验装置探
9、究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50 Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图b所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为_ m/s，在打出D点时，物块的速度大小为_ m/s。(保留两位有效数字)(2)物块的加速度大小为_ m/s2。(保留两位有效数字)解析(1)vB m/s0.56 m/svD m/s0.96
10、m/s。(2)a m/s22.0 m/s2。答案(1)0.560.96(2)2.0特别提醒(1)对于实验数据的记录要遵守有效数字读数规则，结果要符合题目要求。(2)计算方法的选用：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；图象法求加速度科学性强、误差小，适用于所测数据的计数间隔较多的情况。(3)牵引小车的细绳上所挂钩码数要适当。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。实
11、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，故小车做匀加速直线运动。(2)vD m/
12、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a12.6 m/s2。(3)由图知交点的速度表示小车经过A点的速度。考点三实验改进与创新高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，常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。对本实验的改进创新可从以下角度进行：1实验器材的改进(1)用气垫导轨代替长木板。(2)用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器代替打点计时器。通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小
13、车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度。2数据处理的创新(1)课本习题中的剪纸带法。(2)利用“化曲为直”的思想将xt的非线性关系转化为t的线性关系，描点作图，由图线的斜率确定加速度的大小。在暗室中用如图所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根带荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。采集数据进行处理
14、。(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是_。(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图所示，根据数据测得当地重力加速度g_ m/s2；第8个水滴此时的速度v8_ m/s。(结果均保留三位有效数字)(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：_。解析(1)由大到小逐渐调节频闪仪的频率，即增大闪光时间间隔，当闪光的时间间隔等于水滴滴下的时间间隔时，后一水滴经过一个频闪间隔运动到前一水滴的位置，第一次看到一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪频率等于水滴滴落的频率。(2)g m/s29.72 m/s2；v8 m/s2.28 m/s。(3)空气阻力对水滴的运动产生影响，水滴滴落的频率不恒定也会对实验产生影响。答案(1)等于水滴滴落的频
