高考物理一輪復(fù)習(xí)第一章實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)教案新人教版

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次．b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示．結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有________和________(填選項(xiàng)前的字母)．A．電壓合適的50Hz交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖3中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫(huà)出v-t圖象．(3)觀察v-t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是_______________________________________________________．v-t圖象斜率的物理意義是_______________________________．(4)描繪v-t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．【解析】本題考查研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)．(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源為50Hz的交流電源，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離需用刻度尺．(2)圖見(jiàn)答案．(3)因?yàn)樾≤嚨乃俣入S時(shí)間均勻變化，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．由勻加速直線運(yùn)動(dòng)中速度v＝v0＋at，可知v-t圖象斜率的物理意義是加速度．(4)eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，若用eq\x\to(v)表示瞬時(shí)速度，Δt越小越好，而選取的Δx大小會(huì)影響速度測(cè)量值與真實(shí)值的偏差大?。敬鸢浮?1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時(shí)間均勻變化加速度(4)越小越好有關(guān)1．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車的運(yùn)動(dòng)情況，如圖1所示為該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條紙帶中的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)(后面計(jì)數(shù)點(diǎn)未畫(huà)出)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)跡未畫(huà)出(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打出一個(gè)點(diǎn))．(1)為研究小車的運(yùn)動(dòng)，此同學(xué)用剪刀沿虛線方向把紙帶上OB、BD、DF等各段紙帶剪下，將剪下的紙帶一端對(duì)齊，按順序貼好，如圖2所示．簡(jiǎn)要說(shuō)明怎樣判斷此小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)：各段紙帶上方左上角(或上方中點(diǎn)、上方右上角)或各段紙帶中點(diǎn)分別在一條直線上，或每段紙帶比前一段紙帶增加的長(zhǎng)度相同(答對(duì)一條即可)．(2)在圖1中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.31cm、x4＝8.94cm、x5＝9.57cm、x6＝10.20cm，則打下點(diǎn)跡A時(shí)，小車運(yùn)動(dòng)的速度大小是0.74m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小是m/s2(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．解析：(1)若各段紙帶上方左上角、上方中點(diǎn)、上方右上角或各段紙帶的中點(diǎn)分別在一條直線上，則說(shuō)明小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．(2)打下點(diǎn)跡A時(shí)，小車運(yùn)動(dòng)的速度大小等于小車打下O、B兩點(diǎn)過(guò)程中的平均速度，即vA＝eq\f(x1＋x2,2T)a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，代入數(shù)據(jù)可得a＝0.63m/s2.1在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，只需保證小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，與加速度的大小和決定其大小的因素?zé)o關(guān)，因此沒(méi)有必要要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量及平衡摩擦力.2為了減小誤差，計(jì)算加速度時(shí)應(yīng)用逐差法.B點(diǎn)為A、C的中間時(shí)刻點(diǎn)，在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1．情景拓展2．改進(jìn)獲取數(shù)據(jù)的方法(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度eq\o(→,\s\up17(改進(jìn)))長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度．(2)速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度eq\o(→,\s\up17(改進(jìn)))測(cè)定遮光片的寬度d和遮光片通過(guò)光電門的擋光時(shí)間Δt，由v＝eq\f(d,Δt)求速度．(3)加速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度eq\o(→,\s\up17(改進(jìn)))利用經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門的瞬時(shí)速度，由速度—位移關(guān)系式求加速度．類型1實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間．實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖(a)所示．實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置．(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的．(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)．小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_(kāi)_______m/s，加速度大小為_(kāi)_______m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)由于小車在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)必然受到阻力作用，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，相鄰水滴(時(shí)間間隔相同)的位置間的距離逐漸減小，所以由題圖(b)可知，小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)的．(2)滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，其滴水的時(shí)間間隔為T＝eq\f(30,46－1)s＝eq\f(2,3)s．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可得小車運(yùn)動(dòng)到題圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為vA＝eq\,2T)m/s≈0.19m/s.根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a＝eq\f(x4＋x5－x1－x2,6T2)＝eq\f(100＋83－150－133,6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))2)m/s2≈－0.037m/s2.因此加速度的大小為0.037m/s2.【答案】2．(2019·福建質(zhì)檢)圖甲為在氣墊導(dǎo)軌上研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的示意圖，滑塊上裝有寬度為d(很小)的遮光條，滑塊在鉤碼作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門，用光電計(jì)時(shí)器記錄遮光條通過(guò)光電門1的時(shí)間Δt以及遮光條從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的時(shí)間t，用刻度尺測(cè)出兩個(gè)光電門之間的距離x.(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，示數(shù)如圖乙，則d＝0.75cm.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑塊從光電門1的右側(cè)某處由靜止釋放，測(cè)得Δt＝50ms，則遮光條經(jīng)過(guò)光電門1時(shí)的速度v＝0.15m/s.(3)保持其他實(shí)驗(yàn)條件不變，只調(diào)節(jié)光電門2的位置，滑塊每次都從同一位置由靜止釋放，記錄幾組x及其對(duì)應(yīng)的t，作出eq\f(x,t)-t圖象如圖丙，其斜率為k，則滑塊加速度的大小a與k的關(guān)系可表達(dá)為a＝2k.解析：(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)應(yīng)為d＝7mm＋5×0.1mm＝7.5mm＝0.75cm.(2)由于擋光時(shí)間極短，因此滑塊通過(guò)光電門的速度等于擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度，則v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(0.75×10－2m,50×10－3s)＝0.15m/s.(3)滑塊由光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中，由位移公式x＝vt＋eq\f(1,2)at2，整理得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at＋v，因此可知圖象的斜率k＝eq\f(1,2)a，則加速度a＝2k.類型2實(shí)驗(yàn)方法拓展某研究性學(xué)習(xí)小組用圖1裝置來(lái)測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，主要操作如下：①安裝實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上；②打開(kāi)試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，并用刻度尺(圖上未畫(huà)出)測(cè)量出兩個(gè)光電門之間的高度h，計(jì)算出小鐵球通過(guò)兩光電門間的平均速度v；③保持光電門1的位置不變，改變光電門2的位置，重復(fù)②的操作．測(cè)出多組(h，t)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的平均速度v；④畫(huà)出v-t圖象．請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，回答如下問(wèn)題：(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門1時(shí)的速度為v0，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過(guò)兩光電門間平均速度v的表達(dá)式為_(kāi)_______．(用v0、g和t表示)(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456h(cm)t(s)v(m·s－1)請(qǐng)?jiān)趫D2坐標(biāo)紙上畫(huà)出v-t圖象．(3)根據(jù)v-t圖象，可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝________m/s2，試管夾到光電門1的距離約為_(kāi)_______cm.(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得v＝v0＋eq\f(1,2)gt.(2)描點(diǎn)畫(huà)圖，如圖所示．(3)根據(jù)v＝v0＋eq\f(1,2)gt可知v-t圖象的斜率k＝eq\f(g,2)，解得g≈9.7m/s2；圖象與縱軸的截距為小球經(jīng)過(guò)光電門1時(shí)的速度v0，約為1.12m/s，根據(jù)veq\o\al(2,0)＝2gh得h≈6.5cm.【答案】(1)v＝v0＋eq\f(1,2)gt(2)見(jiàn)解析圖(3)9.7(9.5～9.9均可)6.5(6.3～6.7均可)1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，除了課本基本方法之外，常用方法還有落體法、滴水法及閃光照片來(lái)研究.2對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，弄清實(shí)驗(yàn)原理是解題關(guān)鍵.1．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置測(cè)定重力加速度：(1)電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓為交流220V，頻率為50Hz.(2)打出的紙帶如圖乙所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶的乙(填“甲”或“乙”)端和重物相連接．(3)紙帶上1至9各點(diǎn)為計(jì)時(shí)點(diǎn)，由紙帶所示數(shù)據(jù)可算出實(shí)驗(yàn)時(shí)的加速度為9.4m/s2.解析：(1)交流220V,50Hz.(2)開(kāi)始打點(diǎn)時(shí)，速度小，點(diǎn)距近，故乙端與重物相連接．(3)x23－x78＝5aT2，a＝eq\f(x23－x78,5T2)＝eq\f(×10－2,5×2)m/s2＝9.4m/s2.2．現(xiàn)用頻閃照相方法來(lái)研究物塊的變速運(yùn)動(dòng)．在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖所示，拍攝時(shí)頻閃頻率是10Hz；通過(guò)斜面上固定的刻度尺讀取的5個(gè)連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4.已知斜面頂端的高度h和斜面的長(zhǎng)度s.數(shù)據(jù)如下表所示．重力加速度大小取g＝9.80m/s2.單位：cmx1x2x3x4hs根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)物塊的加速度a＝4.30m/s2(保留3位有效數(shù)字)．(2)因?yàn)槲飰K加速度小于geq\f(h,s)＝5.88m/s2(或：物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)，可知斜面是粗糙的．解析：(1)根據(jù)逐差法求出加速度a＝eq\f(x3＋x4－x1＋x2,2T2)≈4.30m/s2.(2)根據(jù)牛頓第二定律，物塊沿光滑斜面下滑的加速度a′＝gsinθ＝geq\f(h,s)＝5.88m/s2，由于a<a′，可知斜面是粗糙的．3．物理小組的同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)器材測(cè)定重力加速度，實(shí)驗(yàn)器材有：底座，帶有標(biāo)尺的豎直桿，光電門1和光電門2組成的光電計(jì)時(shí)器(其中光電門1更靠近小球釋放點(diǎn))，小球釋放器(可使小球無(wú)初速度釋放)，網(wǎng)兜．實(shí)驗(yàn)時(shí)可用兩光電門測(cè)量小球從光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2的時(shí)間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖2所示，則小球直徑為1.170cm.(2)改變光電門1的位置，并保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過(guò)光電門2的速度為v2，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v2四個(gè)物理量之間的關(guān)系為h＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的絕對(duì)值為k，根據(jù)圖線可求出重力加速度大小為2k.解析：(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝11mm＋14×eq\f(1,20)mm＝11.70mm＝1.170cm.(2)小球經(jīng)過(guò)光電門2的速度為v2，則開(kāi)始釋放到經(jīng)過(guò)光電門2的時(shí)間t0＝eq\f(v2,g)，從開(kāi)始釋放到經(jīng)過(guò)光電門1的時(shí)間t1＝t0－t＝eq\f(v2,g)－t，可得經(jīng)過(guò)光電門1的速度v1＝gt1＝v2－gt.根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得h＝eq\f(v1＋v2,2)t＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)根據(jù)h＝v2t－eq\f(1,2)gt2得，eq\f(h,t)＝v2－eq\f(1,2)gt，故eq\f(h,t)-t圖線斜率的絕對(duì)值k＝eq\f(1,2)g，重力加速度大小g＝2k.4．利用自由落體運(yùn)動(dòng)可測(cè)量重力加速度．某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，圖中的M為可恢復(fù)彈簧片，M與觸頭接觸，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)需要手動(dòng)敲擊M斷開(kāi)電路，使電磁鐵失去磁性釋放第一個(gè)小球，小球撞擊M時(shí)電路斷開(kāi)，下一個(gè)小球被釋放．(1)為完成實(shí)驗(yàn)，除圖示裝置提供的器材外還需要的器材有刻度尺和秒表．(2)用圖中所示的實(shí)驗(yàn)裝置做實(shí)驗(yàn)，測(cè)得小球開(kāi)始下落的位置與M的高度差為120.00cm，手動(dòng)敲擊M的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到第80個(gè)小球撞擊M時(shí)測(cè)得總時(shí)間為40.0s，可求得重力加速度g＝9.6m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(3)若該同學(xué)測(cè)得的重力加速度偏小，可能的原因是AC.A．手動(dòng)敲擊M時(shí)提前計(jì)時(shí)B．手動(dòng)敲擊M時(shí)延后計(jì)時(shí)C．記錄撞擊M的小球個(gè)數(shù)時(shí)少數(shù)了一個(gè)D．記錄撞擊M的小球個(gè)數(shù)時(shí)多數(shù)了一個(gè)解析：(1)由h＝eq\f(1,2)gt2知，需要用刻度尺測(cè)量小球開(kāi)始下落的位置與M的高度差h，用秒表測(cè)量時(shí)間．(2)一個(gè)小球自由下落的時(shí)間t＝eq\,80)s＝0.50s，g＝eq\f(2h,t2)＝eq\f(2×1.2000,2)m/s2＝9.6m/s2.(3)手動(dòng)敲擊M時(shí)提前計(jì)時(shí)或記錄撞擊M的小球個(gè)數(shù)時(shí)少數(shù)一個(gè)都會(huì)增加自由下落的時(shí)間t，使根據(jù)g＝eq\f(2h,t2)算出的g值偏?。?．利用如圖甲所示的裝置可以研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律．將質(zhì)量為m1的物塊1與質(zhì)量為m2的物塊2(m1<m2)通過(guò)輕繩懸掛在定滑輪上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(用頻率為50Hz的交流電)固定在豎直方向上，物塊1與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連接．開(kāi)始時(shí)托住物塊2使兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)，之后將物塊2自由釋放．圖乙所示為實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，O是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出．(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s；(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)要在接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源之后釋放物塊2(填“前”或“后”)；(3)將各計(jì)數(shù)點(diǎn)至O點(diǎn)的距離依次記為h1、h2、h3、h4，測(cè)得h2＝1.60cm，h4＝6.40cm，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為0.24m/s；(4)根據(jù)測(cè)出物塊1上升的高度h與相應(yīng)的時(shí)間t，描繪出如圖丙所示的h-t2圖線，由此可以求出物塊的加速度大小為m/s2.解析：(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.02×5s＝0.1s．(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，后釋放物塊．(3)C點(diǎn)的瞬時(shí)速度為BD段的平均速度，vC＝eq\f(s4－s2,2T)＝eq\,2×0.1)m/s＝0.24m/s.(4)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式h＝eq\f(1,2)at2，因此h-t2圖線的斜率k＝eq\f(a,2)，故a＝2k＝