第5講 實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

第5講實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)原理裝置圖(1)不需要平衡摩擦力。(2)不需要滿足懸掛槽碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。操作要領(lǐng)(1)平行：細(xì)繩、紙帶與長(zhǎng)木板平行。(2)靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。(3)先后：實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源，后釋放小車；實(shí)驗(yàn)后先斷開電源，后取下紙帶。(4)防撞：小車到達(dá)滑輪前讓其停止運(yùn)動(dòng)，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞。(5)適當(dāng)：懸掛鉤碼要適當(dāng)，避免紙帶打出的點(diǎn)太少或過于密集。續(xù)表

融通多彩實(shí)驗(yàn)方案

1．魯科版新教材——測(cè)量小車的瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)裝置圖[要點(diǎn)解讀](1)本實(shí)驗(yàn)小車沿傾斜木板加速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力是小車重力沿斜面向下的分力。(2)本實(shí)驗(yàn)可避免因細(xì)繩與木板不平行引起的誤差。2．粵教版新教材——測(cè)量沿斜面運(yùn)動(dòng)小車的瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理方法與魯科版新教材實(shí)驗(yàn)類似。實(shí)驗(yàn)裝置圖4．共同的注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶。(2)小車到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止小車落地和小車與滑輪相撞。(3)選紙帶時(shí)應(yīng)選點(diǎn)跡清晰的，且舍去打點(diǎn)密集部分。(4)注意區(qū)別計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)，明確計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔。(5)作圖像時(shí)，縱、橫坐標(biāo)軸單位的選取要適當(dāng)，同時(shí)注意連線的原則。5．一致的誤差分析思路(1)木板的粗糙程度不同引起的誤差。(2)電源頻率不穩(wěn)引起的誤差。(3)測(cè)量紙帶上的打點(diǎn)位移有誤差。(4)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖時(shí)引起誤差。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．在測(cè)量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用一端裝有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(頻率為50Hz)、槽碼、紙帶、細(xì)線組成如圖甲所示的裝置，用槽碼拉動(dòng)小車，使其做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，得到如圖乙所示的一條紙帶，紙帶中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出。某同學(xué)操作實(shí)驗(yàn)步驟如下，有錯(cuò)誤或不需要的步驟是：_______________。A．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，并連接好電路B．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔C．適當(dāng)抬高長(zhǎng)木板的左端，在不掛槽碼的情況下，輕推小車，小車能勻速運(yùn)動(dòng)D．把一條細(xì)線拴在小車上，細(xì)線跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的槽碼E．將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處F．先釋放紙帶，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器解析：其中不需要的步驟是C，本實(shí)驗(yàn)研究的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，是否存在摩擦阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響，只要加速度恒定即可；錯(cuò)誤的步驟是F，實(shí)驗(yàn)時(shí)不能先釋放紙帶，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，所以應(yīng)該先接通電源，再釋放紙帶。答案：不需要的步驟是C，錯(cuò)誤的步驟是F[關(guān)鍵點(diǎn)撥]實(shí)驗(yàn)操作的四點(diǎn)注意(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)紙帶和細(xì)繩，使其與木板平行。(2)在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，可通過改變懸掛的槽碼來改變加速度，無需平衡小車的摩擦力。(3)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶。(4)在小車到達(dá)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，以防止小車與滑輪相撞及槽碼落地?？疾辄c(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析2．(2022·全國乙卷)用雷達(dá)探測(cè)一高速飛行器的位置。從某時(shí)刻(t＝0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測(cè)量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如下表所示：回答下列問題：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是：___________________________________________________________________________________________________________________________；t/s0123456x/m050710941759250533294233(2)當(dāng)x＝507m時(shí)，該飛行器速度的大小v＝________m/s；(3)這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝______m/s2(保留2位有效數(shù)字)。答案：(1)相鄰1s內(nèi)的位移之差接近80m(2)547

(3)793．在做“測(cè)量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接周期為T0＝0.02s的交流電源。他經(jīng)過測(cè)量并計(jì)算得到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度如表所示：(1)計(jì)算vF的公式為vF＝________(用已知量字母表示)。(2)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，作出v-t圖像，令B點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并求得物體的加速度a＝_______m/s2。對(duì)應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度/(m·s－1)0.1220.1640.2050.2500.289(3)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝51Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1．(2022·遼寧高考)某同學(xué)利用如圖所示的裝置測(cè)量重力加速度，其

中光柵板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶(寬度用d表示)。

實(shí)驗(yàn)時(shí)將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過

光電傳感器。光電傳感器所連接的計(jì)算機(jī)可連續(xù)記錄遮光帶、透

光帶通過光電傳感器的時(shí)間間隔Δt。(1)除圖中所用的實(shí)驗(yàn)器材外，該實(shí)驗(yàn)還需要______(填“天平”或“刻度尺”)；(2)該同學(xué)測(cè)得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm，記錄時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)如表所示，編號(hào)1遮光帶2遮光帶3遮光帶…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得編號(hào)為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為v3＝________m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時(shí)間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝________(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，?qǐng)寫出一條可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[創(chuàng)新點(diǎn)分析]利用光柵板和光電傳感器測(cè)重力加速度，重在考查創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中器材的選取、數(shù)據(jù)的處理及誤差分析。創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新2．(2023·鐵嶺高三調(diào)研)某學(xué)習(xí)小組用如圖甲所示裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。本?shí)驗(yàn)所用器材有：鐵架臺(tái)、電源、電磁鐵、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、小球和刻度尺。實(shí)驗(yàn)中將鐵架臺(tái)豎直放置，上端固定電磁鐵M，在電磁鐵下方適當(dāng)位置固定兩個(gè)位置可調(diào)節(jié)的光電門A、B，A、B均與數(shù)字計(jì)時(shí)器N相連，小球與光電門A、B在同一豎直線上。(1)實(shí)驗(yàn)前先用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑，測(cè)量結(jié)果如圖乙所示，則小球的直徑為d＝________cm。(2)接通電磁鐵M的開關(guān)，吸住小球；測(cè)出兩光電門的高度差h；斷開M的開關(guān)，小球自由下落，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄小球經(jīng)過光電門A、B的時(shí)間分別為t1、t2，則可求得重力加速度g＝________。(用測(cè)得的物理量符號(hào)表示)(3)若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)光電門A出現(xiàn)故障，不能使用，則用剩余器材________(選填“能”或“不能”)正確測(cè)得重力加速度。[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)利用光電門測(cè)小球經(jīng)過光電門的速度。(2)利用v22－v12＝2gh或v2＝2gh計(jì)算重力加速度的大小。

創(chuàng)新角度(三)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新3．用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。(1)實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d，結(jié)果如圖乙所示，讀得d