（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 第1章 运动的描述 匀变速直线运动 实验1 研究匀变速直线运

第一章运动的描述匀变速直线运动实验一研究匀变速直线运动21实验储备回顾自主31．实验目的(1)练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动。(2)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)。(3)测定匀变速直线运动的加速度。42．实验原理(1)打点计时器①作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50Hz时，每隔0.02s打一次点。②工作条件电磁打点计时器：4～6V交流电源电火花计时器：220V交流电源5③处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1s。6(2)匀变速直线运动的判断①沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2。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v­t图象是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。73．实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片。84．实验步骤(1)放长木板：把带有滑轮的长木板平放在实验桌上(如图所示)。9(2)定打点计时器：把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔。(3)挂钩码：将小车停在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码。(4)打点：先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源。(5)重复：换上新的纸带，重复实验两次。105．数据处理(1)计算速度根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，求各计数点瞬时速度：vA＝x1＋x22T，vB＝x2＋x32T，vC＝x3＋x42T等。11(2)作v­t图象建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，根据数据描点。画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去。12(3)计算加速度方法一：根据a＝ΔvΔt，先求出各点的速度，作出v­t图象，计算图线的斜率即加速度。方法二：根据a＝ΔxT2，将纸带数据分成时间相等的两大段，设图中相邻计数点的时间间隔是T，则a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x33T2。136．注意事项(1)使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上。(2)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。(3)先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源。(4)实验时要防止钩码落地，小车与滑轮碰撞。(5)选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。14(6)在画图象时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积上。使图象中的点尽量均匀分布在图线两侧。152实验考向突破多维16实验原理与操作1．打点计时器要求：电磁打点计时器用“4～6V,50Hz”交流电源，电火花计时器用“220V,50Hz”交流电源。2．本实验操作顺序提示：木板—计时器—小车—通电—断电。3．考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带。17[题组训练]1．在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；18C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；D．小车停止运动后，直接取下纸带；E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；F．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理。19其中错误或遗漏的步骤有：(1)__________________________________________________；(2)__________________________________________________。将以上步骤完善后，其合理的顺序为____________________________________________________________________________________________________________。20[解析]实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步骤是A、D。该实验步骤中合理的顺序为BECADF。[答案](1)A中应先接通电源，再放开纸带(2)D中取纸带前应先断开电源BECADF212．(2019·沭阳县修远中学高三月考)某同学用如图所示装置测定重力加速度的大小，已知打点的频率为50Hz，请回答：22(1)除打点、纸带、重物、铁架台、夹子、导线及开关外，在下面的器材中，还必须使用的有________(填选项代号)。A．电压为6V以下的交流电源B．电压为220V的交流电源C．刻度尺D．秒表23(2)打出的纸带如图所示，可以判断实验时重物连接在纸带的________端(选填“左”或“右”)。(3)已知纸带上记录的点为打点计时器连续打的点，打点计时器在打C点时物体的瞬时速度大小为________m/s，所测得的重力加速度大小为________m/s2。(结果均保留三位有效数字)24[解析](1)电磁打点计时器需要低压交流电源，故A正确，B错误；打出的纸带需要刻度尺测量计数点间的距离，所以需要刻度尺，故C正确；打点计时器本身就是一种计时仪器，所以不需要秒表，故D错误。(2)因为纸带做加速运动，所以打出的点间的距离会越来越大，所以重物连接在纸带的左端。25(3)相邻计数点间的时间间隔为0.02s，匀变速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故C点速度等于AE段平均速度，故vC＝xAE4T＝0.1252－0.03144×0.02m/s＝1.17m/s根据公式Δx＝gT2得，即g＝xCE－xAC2T226代入数据可得g＝0.1252－0.0705－0.0705－0.03140.042m/s2＝9.75m/s2。[答案](1)AC(2)左(3)1.179.7527数据处理与误差分析1．计算时应注意的问题(1)时间间隔：“相邻两个计数点间有4个点”或“每5个点取1个计数点”的含义：相邻计数点间的时间间隔为0.1s。(2)单位换算：本实验长度测量数据一般是“厘米”，要换算成“米”。(3)有效数字：按有效数字的要求取计算结果。282．减小实验误差的措施(1)舍弃点密集部分，适当选取计数点。(2)多测几组数据，用尽量多的数据计算。(3)将纸带分成等时的两大段处理，与逐差法取平均值结果相同。(4)作v­t图象时，要适当选取坐标轴的单位长度，使图象分布在坐标平面尽量大的面积上。29[题组训练]1．(2019·江苏如皋模拟)某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带的一部分如图甲所示，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10s。该同学将纸带从每个计数点处截断，得到6条短纸带，再把6条短纸带的下端对齐贴在纸上，以纸带下端为横轴建立直角坐标系，并将刻度尺边缘紧靠纵轴，其示数如图乙所示。(以下结果均保留两位有效数字)30甲乙31(1)打下计数点“2”时小车的速度大小为________m/s。(2)小车的加速度大小为________m/s2。(3)在某次实验中，若该同学所用交流电的频率小于50Hz，则加速度的测量值________(选填“＞”“＝”或“”)真实值。32[解析](1)依据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，那么打下计数点“2”时小车的速度大小为：v2＝x12＋x232T＝0.47m/s。(2)由逐差法可得：a＝7.72＋7.10＋6.45×10－2－5.70＋5.00＋4.30×10－29×0.102m/s2＝0.70m/s2。33(3)频率小，则打点周期变长，即实际两点间时间大于0.10s，故测量值会偏大。[答案](1)0.47(2)0.70(3)342．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，图中没有画出，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：35速度/(m·s－1)0.1220.1640.2050.2500.289对应点BCDEF36(1)计算vF的公式为vF＝________(用已知量字母表示)。(2)根据表中记录的数据，以A点对应的时刻为t＝0，可作出v­t图象，并求物体的加速度a＝________m/s2。(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________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。37[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＝0.1s。利用匀变速直线运动的推论得vF＝xEG2t＝d6－d410T。(2)作出v­t图象(图象略)，根据图线斜率可解得a＝ΔvΔt≈0.42m/s2。38(3)如果在某次实验中，交流电的频率为51Hz50Hz，则实际打点周期变小，由Δx＝at2得，加速度的测量值与实际值相比偏小。[答案](1)d6－d410T(2)0.42(3)偏小39实验拓展与创新高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题，本实验中有以下创新点。404142[题组训练]1．(2019·全国卷Ⅲ)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。43(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)A．米尺B．秒表C．光电门D．天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：___________________________________________________44(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，则该地的重力加速度大小为g＝_____m/s2。(保留2位有效数字)45[解析]利用数码相机的连拍功能，通过每隔一定时间的拍摄确定小球位置，所以还必须使用的器材是米尺，将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺，用米尺测量小球位置间的距离，利用逐差法由公式Δx＝aT2，可得a＝g＝ΔxT2＝9.7m/s2。[答案](1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7462．(2019·江苏海安高级中学高三期末)如图甲所示，小虎同学将气垫导轨的右支撑点调高支成斜面，用图示装置测量滑块沿气垫导轨下滑的加速度。遮光片P固定在滑块的左端并与滑块左端平齐，光电门固定在导轨上，导光孔与导轨上的位置A对齐。让滑块左端位于斜面上的位置B处，打开气源，将滑块由静止释放，测得AB气垫导轨的距离L、遮光片的宽度及遮光时间，算出遮光片通过光电门的平均速度v－，视为小车左端到达A处时的速度，从而测出滑块下滑的加速度。47甲48(1)小虎运用该方案测得加速度的表达式为a＝________。(2)为了更精确地测得小车的加速度，小芳对方案进行了改进：运用同一气垫导轨装置，仅换用不同宽度的遮光片固定在滑块的左端并与滑块左端平齐，让滑块左端位于斜面上的同一位置B处，打开气源，将滑块由静止释放，记录每次实验遮光片的宽度Δx和遮光时间t，并算出各次遮光片通过光电门的平均速度v，记录数据并作出v­t图象如图乙