《备战2022年高考物理复习实验训练1研究匀变速直线运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2022年高考物理复习实验训练1研究匀变速直线运动（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验1研究匀变速直线运动知识体系思维导图考点整合素养提升主题1 纸带处理1.分析物体的运动性质,测量相邻两计数点间的距离,计算相邻两计数点间的距离之差,看其是否为常数,从而确定物体的运动性质。2.利用逐差法求解平均加速度a1=x4-x13T2,a2=x5-x23T2,a3=x6-x33T2a=a1+a2+a333.利用平均速度求瞬时速度:vn=xn+xn+12T=dn+1-dn-12T。4.利用速度时间图像求加速度作出速度时间图像,通过图像的斜率求解物体的加速度;剪下相邻计数点间的纸带,紧排在一起求解加速度。5.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动x1、x2、x3xn是相邻两计数点间的距离。x
2、是任意两个连续相等时间里的位移差:x1=x2-x1,x2=x3-x2,。T是相邻两计数点间的时间间隔:T=0.02n(打点计时器的频率为50 Hz,n为两计数点间计时点的间隔数)。x=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x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。主题2 实验操作1.按照实验原理图安装实验装置,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,下端挂合适的钩码,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,接通电源,放开小车;4.小
3、车运动一段时间后,断开电源,取下纸带;5.换纸带重复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。主题3 注意事项平行纸带、细绳要和长木板平行靠近释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置一先一后实验时应先接通电源,后释放小车;实验后先断开电源,后取下纸带防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地,小车与滑轮碰撞减小误差小车另一端挂的钩码个数要适当,避免速度过大而使纸带上打的点太少,或者速度太小,使纸带上打的点过于密集纸带选取选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点迹密集部分,选取适当的计数点准确作图在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位,仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落
4、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,个别偏差较大的点舍掉知识训练能力提升能力点一实验原理及操作1.两种打点计时器的不同(1)电磁打点计时器使用8 V以下,频率为50 Hz的低压交流电源,用振针打点,每隔0.02 s打一次点。(2)电火花计时器使用“220 V50 Hz”交流电源,电火花打点,每隔0.02 s打一次点。2.计时点和计数点的比较计时点是实际打出的点,两相邻计时点间的时间间隔为0.02 s;计数点是人们根据需要按一定的计时点个数选择的点,两个相邻计数点间的时间间隔由选择的计时点个数而定,如每5个点取一个计数点和每隔4个计时点取一个计数点,时间间隔都是0.1 s。【
5、典例1】(2021届山西运城模拟)某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带如图所示,他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点,在这点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明D,第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清,他只测得AC长为14.56 cm,CD长为11.15 cm,DE长为13.73 cm。(1)为了探究匀变速直线运动的规律,该同学所取的计数点个数。(填字母序号)A.偏少B.偏多C.合适(2)若小车是做匀变速直线运动,由该同学所测的实验数据,请你帮他求出:打C点时小车的瞬时速度vC=
6、m/s,小车的加速度a=m/s2,A、B间的距离应为 cm,打A点时小车的瞬时速度vA=m/s。(计算结果均保留3位有效数字)【答案】(1)A(2)0.9862.585.990.470【解析】(1)本实验根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小,应多取一些数据,根据作差法求出加速度,再求平均值,而该同学只取两组数据,计数点偏少,故A项正确。(2)由题意可知相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s,根据匀变速直线运动中,在某段时间中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,得vC=xAE4T=0.1456+0.1115+0.13730.4 m/s=0.986 m/s;由于A、C间的时间
7、间隔2T=0.2 s,C、E间的时间间隔也为2T=0.2 s,根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2,可以求出加速度的大小,a=xCE-xAC4T2,代入数据得a=2.58 m/s2;根据匀变速直线运动的推论有xm-xn=(m-n)aT2 ,xDE-xCD=x=2.58 cm,xCD-xAB=2x,所以xAB=xCD-2x=5.99 cm;根据匀变速直线运动速度时间公式得vC=vA+2aT,解得vA=0.986 m/s-0.22.58 m/s=0.470 m/s。能力点二 数据处理与误差分析1.计数点间的距离2.匀变速直线运动的判断:任意连续相等时间内的位移之差为恒量,即x2-x1=x3-x2
8、=x4-x3=恒量,物体做匀变速直线运动。3.常见错误(1)误认为T=0.02 s,没有注意到图中相邻计数点之间有几个点没画出。(2)没有进行单位换算,图中各数据的单位都是cm,应当换算为m。【典例2】(改编)小明同学用如图1所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律,得到了一条如图2所示的纸带,他在纸带上每隔4个点标记一个计数点,记为A、B、C、D、E、F、G,测出相邻两计数点的距离分别为x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。查得打点计时器所接电源的频率f=50 Hz。 (1) 下表列出了打点计时
9、器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度大小。(保留3位有效数字)位置BCDEF速度(ms-1)0.7370.8010.9280.994(2)设t = 0.1 s时打下B点,利用上述表格中的数据,在坐标图3中画出小车的v-t图线,根据所画v-t图线,小车运动的加速度a =m/s2。(保留2位有效数字)(3)将所画的v-t图线延长与纵轴相交,推算出交点的纵坐标值为m/s。(保留2位有效数字)(4)如果当时打点计时器所接电源电网中交变电流的频率实际为f =51 Hz,而小明同学做实验时并不知道,若不考虑实验的偶然误差,则小车加速度的测量值比实际值偏(选填
10、“大”或“小”) 。【答案】(1)0.864(2)0.63(3)0.67(4)小 【解析】依题意,打下相邻两计数点的时间间隔t =5T =50.02 s =0.1 s。 (1)vD=x3+x42t=0.864 m/s。 (2)描点、连线,绘出v-t图线如图所示。则a=vt=0.990.700.500.04 m/s2=0.63 m/s2。(3)若将所画的v-t图线延长与纵轴相交,则交点应为打下A点的速度值,可推算出vA = vB - at = 0.67 m/s。(4)根据 x=aT2可得a=xT2=xf2,由于x的测量和计算无系统误差,而计算时采用的电源的频率偏小,因而得到的加速度的测量值比实际
11、偏小。能力点三 学以致用与创新拓展创新角度创新解读实验器材的替代(1)光电门与计时器相连可以测出物块通过光电门的时间t,由于t很短,从而可用v=dt求出物块通过光电门的瞬时速度。(2)两光电门同时与计时器相连,可测出物块在两光电门间运动的时间。(续表)创新角度创新解读的方法改进获得加速度增大长木板倾斜角或在斜面上完成实验,利用重力获得加速度,如图1、2所示。数据处理的创新(1)利用物体分别经过两个光电门的时间t1和t2,确定物体经过它们的速度,v1=dt1,v2=dt2,利用v2-v1=at即可求加速度a的大小。(2)利用xt=v0+12at,作出xt-t图线,可由k=a2确定加速度a的大小。
12、【典例3】(2020年江苏卷,T11)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。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是。(2)下列主要操作步骤的正确顺序是。(填写各步骤前的序号) 把刻度尺竖直固定在墙上 捏住小球,从刻度尺旁静止释放 手机固定在三脚架上,调整好手机镜头的位置 打开手机摄像功能,开始摄像(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中小球和刻度如图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为16 s,刻度尺的分度值是1 mm,由此
13、测得重力加速度为m/s2。(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。【答案】(1)小钢球(2)(3)9.61(9.509.70) (4)仍能【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。(3)由三张图片读出小球所在位置的刻度分别为2.50 cm,26.50
14、 cm,77.20 cm;小球做自由落体运动,由x=gT2可得g=(77.20-26.50)10-2-(26.50-2.50)10-2162m/s2=9.61 m/s2。(4)就算小球偏离了竖直方向,但是小球在竖直方向上的运动依然是自由落体运动,对实验结果无影响,故仍能用前面的方法测量出重力加速度。高效训练巩固提升1.(原创)实验室有电磁打点计时器(图1所示)与电火花计时器(图2所示)。某同学在一次实验中打下了一条如图3所示的纸带。则以下说法正确的是。A.电磁打点计时器应接8 V的直流电源,电火花计时器应接220 V的交流电源B.应先接通打点计时器的电源,后让物体拖着纸带运动C.图3的纸带是用
15、电磁打点计时器打出的,且振针将纸带压得过紧D.图3的纸带是用电火花计时器打出的,且计时器所接电源的电压过高【答案】BC 【解析】电磁打点计时器应接8 V的交流电源,电火花计时器应接220 V的交流电源,A项错误;用到打点计时器的实验,都应先接通打点计时器的电源,待打点计时器正常工作后,让物体拖着纸带运动,B项正确;纸带上打的“点”是一些短线,这是由于电磁打点计时器的振针将纸带压得过紧造成的,C项正确,D项错误。2.某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中,用如图所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度,由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L,窄遮光板的宽度为d,窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。(1)通过两个光电门的瞬时速度分别为v1=,v2=。在计算瞬时速度时应用的物理方法是(选填“极限法”、“微
