2020版高考物理一轮复习 第一章 实验一 研究匀变速直线运动课件 新人教版

实验一研究匀变速直线运动高效演练强化提升研透命题点研透命题点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．AC(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ΔxΔt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”)．小车的速度随时间均匀变化加速度越小越好有关【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)v＝ΔxΔt，若用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】(2)如图所示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m/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)．0.740.63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＝x1＋x22T≈0.74m/s.用逐差法计算小车运动的加速度a＝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――→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――→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＝dΔt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――→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)从右向左0.190.037【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＝3046－1s＝23s．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＝0.117＋0.1332Tm/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＝x4＋x5－x1－x26T2＝100＋83－150－133×0.0016×232m/s2≈－0.037m/s2.因此加速度的大小为0.037m/s2.2．(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＝cm.0.75(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＝m/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xt­t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＝.0.152k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＝dΔt＝0.75×10－2m50×10－3s＝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＋12at2，整理得xt＝12at＋v，因此可知图象的斜率k＝12a，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)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(m·s－1)1.451.681.892.052.212.36请在图2坐标纸上画出v­t图象．v＝v0＋12gt(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)9.7(9.5～9.9均可)6.5(6.3～6.7均可)【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＋12gt.(2)描点画图，如图所示．(3)根据v＝v0＋12gt可知v­t图象的斜率k＝g2，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v20＝2gh得h≈6.5cm.【答案】(2)见解析图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.高效演练强化提升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，频率为.(2)打出的纸带如图乙所示，实验时纸带的(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m/s2.交流220V50Hz乙9.4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＝x23－x785T2＝3.92－2.04×10－25×0.022m/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：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度a＝m/s2(保留3位有效数字)．(2)因为，可知斜面是粗糙的．4.30物块加速度小于ghs＝5.88m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)解析：(1)根据逐差法求出加速度a＝x3＋x4－x1＋x22T2≈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＝ghs＝5.88m/s2，由于aa′，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cm.1.170(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＝.(3)根据实验数据作出ht­t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.v2t－12gt22k解析：(1)游标卡尺的读数为d＝11mm＋14×120mm＝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＝v2g，从开始释放到经过光电门1的时间t1＝t0－t＝v2g－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＝v1＋v22t＝v2t－12gt2.(3)根据h＝v2t－12gt2得，ht＝v2－12gt，故ht­t图线斜率的绝对值k＝12g，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