2020届高考物理总复习 第1章 直线运动 实验一 研究匀变速直线运动课件 教科版

实验一研究匀变速直线运动实验基础核心探究实验基础解读实验·萃取精华●注意事项1.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后取纸带.2.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞.3.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,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.4.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线.●误差分析1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差.2.作v-t图像时出现作图误差.3.电源频率不稳定,造成打点的时间间隔不完全相同.4.长木板粗糙程度不均匀,小车运动时加速度有变化造成误差.核心探究通法悟道·拓宽思路探究点一基础性实验【典例1】(2016·天津卷,9)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解析:(1)实验时,细线必须与长木板平行,以减小实验的误差,选项A正确;实验时要先接通电源再释放小车,选项B正确;此实验中不需要考虑质量与加速度的关系,故没必要使小车的质量远大于钩码的质量,选项C错误;此实验中不需平衡小车与长木板间的摩擦力,选项D错误.答案:(1)AB(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出).s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm.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/s.(结果均保留两位有效数字)解析:(2)两计数点间的时间间隔T=0.1s,由逐差法可得a=65432129ssssssT=227.646.785.975.194.413.591090.1m/s2=0.80m/s2打点计时器在打B点时小车的速度vB=122ssT=23.594.41100.2m/s=0.40m/s.答案:(2)0.800.40方法技巧(1)在利用长木板打点计时器研究匀变速直线运动时,不需要满足M≫m和平衡摩擦力,只要使小车做匀变速运动即可.(2)凡是应用打点计时器的实验,都必须先接通电源,等打点稳定后,再释放纸带.(3)两相邻计数点的时间间隔由选择的计时点个数而定.【典例2】利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度.一斜面上安装有两个光电门,其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处,光电门甲的位置可移动.当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时,与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量,每次都使滑块从同一点由静止开始下滑,并用米尺测量甲、乙之间的距离x,记下相应的t值;所得数据如下表所示.x(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4x/t(m/s)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作图:(1)若滑块所受摩擦力为一常量,滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是;解析:(1)匀变速直线运动运动学公式,vt=v甲+at,x=v甲·t+12at2,联立求解x=vt·t-12at2;答案:(1)x=vt·t-12at2(2)根据表中给出的数据,在图2给出的坐标纸上画出-t图线;xt解析:(2)描点并连线,如图所示;答案:(2)见解析(3)由所画出的-t图线,得出滑块加速度的大小为a=m/s2(保留2位有效数字).xt解析:(3)由上式得xt=vt-2at,则xtt图像的斜率绝对值为2a,所以a=|2k|,由图像|k|≈1.0,所以a=2.0m/s2.答案:(3)2.0题组冲关1.(2018·甘肃兰州模拟)(1)打点计时器所用电源为频率50Hz的交流电源,实验时释放纸带与接通电源的先后顺序是.解析:(1)使用时应先给打点计时器通电,然后释放纸带,如果先放开纸带使其开始运动,再接通打点计时器的电源,纸带上可能有很长一段打不上点.答案:(1)先接通电源后释放纸带(2)某同学在使用上述打点计时器测定匀变速直线运动的加速度时,得到了几条较为理想的纸带,他已在每条纸带上按每5个点取一个计数点,并依打点先后顺序编号为0,1,2,3,4,5.由于不小心,几条纸带都被撕断了,如图所示,请根据给出的A,B,C,D四段纸带回答下列问题:在B,C,D三段纸带中,从纸带A上撕下的那段应该是,打纸带A时,物体的加速度大小是m/s2.解析:(2)根据匀变速直线运动的特点(相邻的时间间隔位移之差相等)得出x45-x34=x34-x23=x23-x12=x12-x01=6mm,所以属于纸带A的是C图.根据Δx=aT2得a=2xT=0.60m/s2.答案:(2)C0.602.(2017·天津河西区期末)在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图(甲)所示,并在其上取A,B,C,D,E,F,G7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,打点计时器接周期为T=0.02s的交流电源.他经过测量并计算得到打点计时器在打B,C,D,E,F各点时物体的瞬时速度如下表:计数点BCDEF速度/(m·s-1)0.1220.1640.2050.2500.289解析:(1)每相邻两个计数点间还有4个点,故相邻的计数点之间的时间间隔为t=5T.利用匀变速直线运动的推论得vF=2EGxt=6410ddT;答案:(1)6410ddT(1)计算vF的表达式为vF=;(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图(乙)所给坐标系中作出v-t图像,并求物体的加速度a=m/s2;解析:(2)作出vt图像,a=vt=0.290.1250.50.1m/s2≈0.413m/s2;答案:(2)v-t图像如解析图所示0.413(3)如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比(填“偏大”“偏小”或“不变”).解析:(3)如果在某次实验中,交流电源的频率为51Hz50Hz,则实际打点周期变小,计算时仍然用原值,因此由Δx=aT2得出的加速度值与实际的加速度值相比偏小.答案:(3)偏小探究点二创新性实验高考创新实验例析【典例3】(2017·全国Ⅱ卷,22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系.使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器.实验步骤如下:①如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt;③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示],v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小,求出v;④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②,③;⑤多次重复步骤④;⑥利用实验中得到的数据作出v-Δt图,如图(c)所示.(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则v与vA,a和Δt的关系式为v=.完成下列填空:(2)由图(c)可求得vA=cm/s,a=cm/s2.(结果保留三位有效数字)解析:(1)设遮光片末端到达光电门的速度为v,则由速度时间关系可知,v=vA+aΔt,且v=2Avv,联立解得v=vA+12aΔt;(2)由(1)中结果可知,vA为vΔt图线的纵截距,由图(c)可求得vA=52.1cm/s,而图线斜率k=12a,则a=16.0cm/s2.答案:(1)vA+12aΔt(2)52.116.0【创新/改进点分析】1.装置创新:更换滑块上的挡光片,通过光电门,且释放滑块时挡光片前端位置相同.2.数据处理方法创新:利用实验数据作v-Δt图像.3.考查点创新:不同挡光片通过光电门的时间Δt不同,其平均速度v不同,推导v与Δt的关系式.模拟创新实验冲关1.(2018·无锡模拟)在暗室中用如图(甲)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、一根荧光刻度的米尺、频闪仪.具体实验步骤如下:①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.②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.③利用频闪照相获取下落水滴和竖直放置的米尺的照片.④由竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度.⑤采集数据进行处理.(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.解析:(1)后一水滴经过一个频闪间隔运动到前一水滴的位置,可看到一串仿佛固定不动的水滴,即频闪仪频率等于水滴滴落的频率时,水滴仿佛不动.答案:见解析(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz,某同学读出其中几个比较远的水滴到第一个水滴的距离如图(乙)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.(结果都保留三位有效数字)解析:(2)g=8106822hhf=2243.6726.3926.3913.4310230m/s2=9.72m/s2;v8=6104hf=243.6713.4310430m/s≈2.27m/s.答案:见解析(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可).解析:(3)存在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:见解析【创新/改进点分析】1.装置创新:利用漏斗滴水和闪光仪获取水滴下落信息.2.方法创新:利用依次下落的水滴,通过调节频闪仪的闪光频率,看到水滴位置不动,拍摄此时水滴及竖直放置的米尺照片.3.考查点创新:说出闪光仪的闪光频率满足的条件,已知闪光频率求照片上某点时水滴速度及重力加速度数值.2.(2017·北京东城区期末)某兴趣小组的同学们利用如图(甲)所示的装置“研究匀变速直线运动的规律”.他们将质量为m1的物体1与质量为m2的物体2(m1m2)通过轻绳悬挂在定滑轮上,打点计时器固定在竖直方向上,物体1通过铁夹与纸带相连接.开始时物体1与物体2均处于静止状态,之后将它们同时释放.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,A,B,C,D…是按打点先后顺序依次选取的计数点,在相邻两个计数点之间还有四个点没有画出.打点计时器使用的交流电源频率为50Hz.(1)相邻两计数点之间的时间间隔为s.(2)实验时要在接通打点计时器之(填“前”或“后”)释放物体.解析:(1)相邻两计数点之间的时间间隔t=5×=0.10s.(2)实验时要先接通电源,待打点计时器稳定后,再释放物体.答案:(1)0.10(2)后1f(3)将各计数点至O点的距离依次记为x1,x2,x3,x4…测得x2=1.60cm,x4=6.40cm,请你计算打点计时器打下C点时物体的速度大小是m/s.解析:(3)由于中间时刻的速度等于这段时间上的平均速度,打点计时器打下C点时物体的速度大小v=422xxt=0.0640m0.0160m20.10s=0.24m/s.答案:(3)0.24解析:(4)由匀变速直线运动规律x=12at2,有12a=k,解得a=2k=2×20.40m1.0s=0.80m/s2.(4)同学们根据测出的物体1上升的高度x与相应的时间t,描绘出如图(丙)所示的x-t2图