2024-2025學(xué)年高考物理必考實驗專題突破一研究勻變速直線運動含解析

PAGE2025年高考物理必考試驗一：探討勻變速直線運動1．試驗原理(1)利用紙帶推斷物體是否做勻變速直線運動的方法設(shè)x1、x2、x3、x4、…為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離,假如Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=常數(shù),即連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為恒量,則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動。(2)由紙帶求物體運動速度的方法依據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度來求,即vn=xn(3)由紙帶求物體運動加速度的方法①逐差法:依據(jù)x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔),求出a1=x4-x13T2,a2=x5-x23T2,a3=x6②圖象法:求出打各個計數(shù)點時紙帶的瞬時速度,再作出v-t圖象,圖線的斜率則為物體做勻變速直線運動的加速度。2.試驗器材打點計時器,一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。3.試驗步驟(1)儀器安裝①把附有定滑輪的長木板放在試驗桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。②把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,把紙帶穿過打點計時器,并把它的一端固定在小車的后面。試驗裝置如圖所示,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。(2)測量與記錄①把小車停在靠近打點計時器處,先接通電源,后放開小車,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上打下一系列的點,換上新紙帶,重復(fù)三次。②從三條紙帶中選擇一條比較志向的,舍掉開頭一些比較密集的點,從后邊便于測量的點起先確定計數(shù)點,為了計算便利和減小誤差,通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位,即T=0.1s。用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離,并填入設(shè)計的表格中。③利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度。④增減所掛鉤碼數(shù),再重復(fù)試驗兩次。4.數(shù)據(jù)分析(1)依據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在平面直角坐標(biāo)系中細致描點,如圖所示,可以看到,對于每次試驗,描出的幾個點大致落在一條直線上。(2)作一條直線,使同一次試驗得到的各點盡量落到這條直線上,落不到直線上的點,應(yīng)勻稱分布在直線的兩側(cè),這條直線就是本次試驗的v-t圖線。(3)由試驗得出的v-t圖象進一步得出小車運動的速度隨時間改變的規(guī)律。①分析圖象的特點:小車運動的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,當(dāng)時間增加相同的值Δt時,速度也會增加相同的值Δv。由此得出結(jié)論:小車的速度隨時間勻稱改變。②通過函數(shù)關(guān)系進一步得出:既然小車的v-t圖象是一條傾斜的直線,那么v隨t改變的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b,明顯v與t成“線性關(guān)系”,小車的速度隨時間勻稱改變。5.留意事項(1)平行:紙帶、細繩要和木板平行。(2)兩先兩后:試驗中應(yīng)先接通電源,后讓小車運動;試驗完畢應(yīng)先斷開電源,后取紙帶。(3)防止碰撞:在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動,防止小車與滑輪相撞和鉤碼落地。(4)減小誤差:小車的加速度適當(dāng)大些,可以減小長度的測量誤差,加速度大小以能在約50cm的紙帶上清晰地取6~7個計數(shù)點為宜?！咀钚赂呖颊骖}解析】1.（2024年江蘇卷）疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主開展試驗探究。用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，，利用圖片中小球的位置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，試驗裝置如題圖1所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作試驗中下落物體的是_____。(2)下列主要操作步驟的正確依次是_____。（填寫各步驟前的序號）①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③手機固定在三角架上，調(diào)整好手機鏡頭的位置④打開手機攝像功能，起先攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中小球和刻度如題圖2所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為，刻度尺的分度值是，由此測得重力加速度為_____。(4)在某次試驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，_____（選填“仍能”或“不能”）用(3)問中的方法測出重力加速度?！敬鸢浮?1).小鋼球(2).①③④②(3).9.61（9.5~9.7）(4).仍能【解析】【詳解】(1)要測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣软氁M量減小空氣阻力的影響，所以密度大體積小的小鋼球最適合；(2)要完成試驗首先應(yīng)當(dāng)將刻度尺豎直固定在墻上，安裝好三腳架，調(diào)整好手機攝像頭的位置；因為下落時間很短，所以肯定要先打開攝像頭起先攝像，然后在將小球從刻度尺旁靜止釋放，故依次為①③④②；(3)由三張圖片讀出小球所在位置的刻度分別為2.50cm，26.50cm，77.20cm；小球做自由落體運動，依據(jù)可得(4)因為就算小球偏離了豎直方向，但是小球在豎直方向上的運動依舊是自由落體運動，對試驗結(jié)果無影響，故仍能用前面的方法測量出重力加速度?！镜淅?】(2024·全國卷Ⅰ)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究．物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點計時器所用溝通電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出．在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是_____點．在打出C點時物塊的速度大小為_____m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)．【答案】A0.2330.75【解析】依據(jù)題述，物塊加速下滑，在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是A點．依據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則可讀出，B點對應(yīng)的刻度為1.20cm，C點對應(yīng)的刻度為3.15cm，D點對應(yīng)的刻度為5.85cm，E點對應(yīng)的刻度為9.30cm，AB＝1.20cm，BC＝1.95cm，CD＝2.70cm，DE＝3.45cm.兩個相鄰計數(shù)點之間的時間T＝5×eq\f(1,50)s＝0.10s，依據(jù)做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得，打出C點時物塊的速度大小為vC＝eq\f(BC＋CD,2T)≈0.233m/s.由逐差法可得a＝eq\f(CD＋DE－AB＋BC,4T2)，解得a＝0.75m/s2.【變式1】(2024·北京卷·21改編)用圖所示的試驗裝置探討小車速度隨時間改變的規(guī)律．主要試驗步驟如下：a．安裝好試驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖所示．結(jié)合上述試驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還須要運用的有________和________(填選項前的字母)．A．電壓合適的50Hz溝通電源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)在圖象中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v－t圖象．(3)視察v－t圖象，可以推斷小車做勻變速直線運動，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動．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從試驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．【答案】(1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時間勻稱改變加速度(4)越小越好有關(guān)【解析】(1)打點計時器運用的是溝通電源，故選A，不選B；相鄰打點間的時間是已知的，故不選D；計數(shù)點間的距離須要用刻度尺測量，故選C；由于不須要知道小車和重物的質(zhì)量，故不須要天平(含砝碼)，故不選E.(2)連線時要讓盡量多的點在一條直線上．(3)可以依據(jù)v－t圖象是傾斜的直線(斜率肯定)，即小車的速度隨時間勻稱改變，推斷出小車做勻變速直線運動；v－t圖象的斜率表示加速度．(4)嚴格地講，eq\f(Δx,Δt)表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于0時，eq\f(Δx,Δt)才表示瞬時速度，因此若用eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從試驗的角度看，選取的Δx越小，用eq\f(Δx,Δt)計算得到的平均速度越接近計數(shù)點的瞬時速度，但Δx過小，測量誤差增大，因此選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)．【典例2】在做“探討勻變速直線運動”的試驗中:(1)試驗室供應(yīng)了以下器材:打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、溝通電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計。其中在本試驗中不須要的器材是。

(2)圖甲是某同學(xué)由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出,打點計時器打點的時間間隔T=0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。甲下表列出了打點計時器打下B、C、F三點時小車的瞬時速度,請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度。位置BCDEF速度/(m·s-1)0.7370.8010.994(3)以A點為計時起點,在圖乙中畫出小車的速度—時間關(guān)系圖線。乙(4)依據(jù)畫出的小車的速度—時間關(guān)系圖線計算出小車加速度a=m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

【解析】(1)本試驗中不須要測量力的大小,因此不須要的器材是彈簧測力計。(2)依據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度得vD=x3+x4同理可得vE=0.928m/s。(3)小車的速度—時間關(guān)系圖線如圖丙所示。丙(4)小車的加速度a=ΔvΔt=1.00【答案】(1)彈簧測力計(2)0.8640.928(3)如圖丙所示(4)0.63【針對訓(xùn)練2】在做“探究小車速度隨時間改變的規(guī)律”的試驗中,某同學(xué)操作中有以下試驗步驟,其中有錯誤或遺漏的步驟。(遺漏步驟可編上序號F、G、…)A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處放開紙帶,再接通電源B.將打點計時器固定在平板上,并接好電路C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D.取下紙帶E.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔(1)所列步驟中有錯誤的是。

(2)遺漏的步驟:

。

(3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟依次:

。

【解析】(1)步驟A中應(yīng)先通電,再放紙帶,依次不能顛倒;D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源。(2)遺漏的步驟:F.換上新紙帶,重復(fù)試驗三次。(3)步驟完善后,合理的試驗步驟依次為BECADF?！敬鸢浮?1)AD(2)F.換上新紙帶,重復(fù)試驗三次(3)BECADF【典例3】某探究小組為了探討小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間。試驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖甲所示。試驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴)甲乙(1)由圖乙可知,小車在桌面上是(選填“從右向左”或“從左向右”)運動的。

(2)該小組同學(xué)依據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)推斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖乙中A點位置時的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

【解析】(1)小車運動時由于受摩擦力的作用,速度漸漸減小,滴水計時器滴下水滴的間距應(yīng)漸漸變小,因此小車從右向左運動。(2)滴水的時間間隔T=3045s≈0.小車運動到A點位置時的瞬時速度vA=xn+xn+1依據(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=x4+x5-x1-x2因此加速度的大小為0.037m/s2?！敬鸢浮?1)從右向左(2)0.190.037【針對訓(xùn)練3】某同學(xué)探討在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。運用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。甲乙試驗步驟如下:①如圖甲,將光電門固定在斜面下端旁邊:將一擋光片安裝在滑塊上,登記擋光片前端相對于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止起先下滑;②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt;③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度(如圖乙所示),v表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小,求出v;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止起先下滑,重復(fù)步驟②③;⑤多次重復(fù)步驟④;⑥利用試驗中得到的數(shù)據(jù)作出v-Δt圖,如圖丙所示。丙完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,則v與vA、a和Δt的關(guān)系式為v=。

(2)由圖丙可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

【解析】(1)v是Δt時間內(nèi)中間時刻Δt2的瞬時速度,vA為Δt時間內(nèi)的初速度,依據(jù)速度公式得v=vA+a2(2)由v=vA+a2Δt可知,圖丙中圖線與v軸的交點為vA,圖線的斜率為a2。將圖線延長可知,vA=52.1cm/s,在圖線上選取較遠的兩點,求得斜率a2=53.34-52.4(150-35【答案】(1)vA+a2Δt(2)52.116.【典例4】在做“探討勻變速直線運動”的試驗中,如圖甲所示為一次記錄小車運動狀況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s。甲(1)依據(jù)紙帶可判定小車做運動。

乙(2)依據(jù)紙帶計算各點瞬時速度:vD=m/s,vC=m/s,vB=m/s。在如圖乙所示坐標(biāo)中作出小車的v-t圖線,并依據(jù)圖線求出紙帶的加速度a=。

(3)將圖線延長與縱軸相交,交點的速度是m/s,此速度的物理意義是。

【解析】(1)依據(jù)紙帶供應(yīng)的數(shù)據(jù)可知xBC-xAB=xCD-xBC=xDE-xCD=12.60cm故小車做勻加速直線運動。(2)vD=xAE-xACvC=xAD-xABvB=xAC2T=如圖丙所示描點連線得v-t圖線,由圖線斜率知紙帶的加速度a=12.60m/s2。丙(3)由圖知交點的速度約為0.12m/s,表示小車經(jīng)過A點的速度。【答案】(1)勻加速直線(或勻加速)(2)3.902.641.38如圖丙所示12.60m/s2(3)0.12表示小車經(jīng)過A點的速度【針對訓(xùn)練4】在暗室中