2024高考物理一輪復習第一單元運動的描述與勻變速直線運動實驗一研究勻變速直線運動學案新人教版

PAGE9-試驗一探討勻變速直線運動[試驗目的]1．練習正確運用打點計時器，學會利用打點紙帶探討物體的運動．2．駕馭推斷物體是否做勻變速直線運動的方法Δx＝aT2.3．駕馭運用速度—時間圖象求加速度的方法．4．駕馭運用逐差法計算勻變速直線運動加速度的方法．[試驗器材]電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙．[試驗過程]1．儀器安裝：(1)把一端附有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，再做兩次．(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，即計數點的時間間隔為T＝0.1s．正確運用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數點間的距離，并填入設計的表格中．(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點的瞬時速度．(4)增減所掛鉤碼的個數，再重復試驗兩次．[數據處理]1．勻變速直線運動的推斷：(1)若物體在連續(xù)相等時間T內的位移之差Δx為一恒量，即Δx＝aT2，則物體做勻變速直線運動．(2)利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的v-t圖象，若圖象是一條傾斜的直線，則物體做勻變速直線運動．2．由紙帶計算某點的瞬時速度：依據勻變速直線運動某段時間內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)來計算．3．利用紙帶求物體加速度的方法：(1)逐差法：依據x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰計數點之間的時間間隔)，求出a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，即為物體的加速度．(2)分段法：在數據處理時可以對紙帶重新分段，把6段距離分為“前三”和“后三”，“后三”減“前三”也為相鄰相等時間間隔內的位移差，時間間隔為3T.(3)圖象法：利用vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)求出打各點時紙帶的瞬時速度，然后作出v-t圖象，用v-t圖象的斜率求物體運動的加速度．[留意事項]1．平行：紙帶和細繩要和木板平行．2．兩先兩后：試驗中應先接通電源，后讓小車運動；試驗完畢應先斷開電源后取紙帶．3．防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞．4．紙帶選?。哼x擇一條點跡清楚的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數點．5．精確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避開所描點過密或過疏而導致誤差過大)，細致描點連線，不能連成折線，應作一條直線，讓各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應勻稱分布在直線的兩側．命題點1教材原型試驗某同學利用圖示裝置探討小車的勻變速直線運動．(1)試驗中，必要的措施是________．A．細線必需與長木板平行B．先接通電源再釋放小車C．小車的質量遠大于鉤碼的質量D．平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他試驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的溝通電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數點如圖所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點未畫出)．s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm.則小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數據)，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s.(結果均保留兩位有效數字)【解析】(1)試驗時，若細線與木板不平行，細線的拉力使小車運動過程中與木板間的壓力變更造成摩擦力變更，產生試驗誤差，選項A正確；試驗時要先接通電源再釋放小車，選項B正確；此試驗是探討小車的勻變速直線運動，不平衡小車與長木板間的摩擦力和小車的質量不遠大于鉤碼的質量時小車仍做勻變速直線運動，故選項C、D錯誤．(2)兩點間的時間間隔T＝0.1s；由逐差法可得：a＝eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)＝eq\f(7.64＋6.78＋5.97－5.19－4.41－3.59×10－2,9×0.12)m/s2＝0.80m/s2在勻變速直線運動中，某段時間的平均速度等于其中間時刻的瞬時速度，故vB＝eq\x\to(v)AC＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(3.59＋4.41×10－2,2×0.1)m/s＝0.40m/s.【答案】(1)AB(2)0.800.40高分技法速度、加速度的求解方法“平均速度法”求速度即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，如圖所示“逐差法”求加速度即a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，這樣可使所給數據全部得到利用，以提高精確度．若為奇數段，則去掉第一段轉化為偶數段采納上述方法處理“圖象法”求加速度即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出v-t圖象，直線的斜率即表示加速度1．某同學在做“探討勻變速直線運動”的試驗時，得到一條用打點計時器打下的紙帶，如圖所示，在其上取了A、B、C、D、E、F、G為計數點，相鄰兩個計數點之間還有4個計時點(圖中沒有畫出)，打點計時器接周期為T＝0.02s的溝通電源．經過測量得：d1＝3.62cm，d2＝9.24cm，d3＝16.85cm，d4＝26.46cm，d5＝38.06cm，d6＝51.67cm.(1)打點計時器在打E點時紙帶運動的速度大小為1.06m/s，加速度大小為2.00m/s(2)假如溝通電源的頻率實際是f＝49Hz，而做試驗的同學并不知道，那么加速度的測量值大于(填“大于”“等于”或“小于”)實際值．解析：(1)相鄰兩計數點之間的時間間隔為t＝5T＝0.1s，則vE＝eq\f(0.3806－0.1685,2×0.1)m/s＝1.06m/s，依據Δx＝at2可以求出加速度的大小，解得a＝eq\f(0.5167－0.1685－0.1685,3×0.12)m/s2＝2.00m/s2.(2)假如溝通電的頻率為49Hz<50Hz，那么實際打點周期變大，相鄰兩計數點之間的時間間隔t變大，依據公式Δx＝at2知加速度的實際值會比測量值?。}點2試驗拓展創(chuàng)新題型1試驗情境創(chuàng)新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內共滴下46個小水滴)(1)由圖乙可知，小車在桌面上是__________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的．(2)該小組同學依據圖乙的數據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.(結果均保留2位有效數字)【解析】(1)輕推小車后，小車在桌面上做減速運動，桌面上“水滴”的間距應漸漸減小，小車的運動方向是從右向左．(2)相鄰兩水滴的時間間隔為t＝eq\f(30,45)s＝eq\f(2,3)s，小車運動到A位置時速度大小為vA＝eq\f(x3＋x2,2t)＝eq\f(117＋133×10－3,2×\f(2,3))m/s＝0.1875m/s≈0.19m/s；小車運動的加速度大小為a＝eq\f(|x5＋x4－x2＋x1|,6t2)≈0.038m/s2.【答案】(1)從右向左(2)0.190.038高分技法試驗情境創(chuàng)新指變更試驗器材或試驗裝置，但不變更速度、加速度的測量方法，本質仍屬于“紙帶類”試驗．如圖2．某同學用圖(a)所示的試驗裝置測定重力加速度，其中打點計時器的電源為溝通電源，頻率為50Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示，相鄰計數點之間的時間間隔都為t.(1)本試驗除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必需運用的器材是AB.(填器材前面的代號)A．溝通電源B．刻度尺C．天平(含砝碼)(2)若運用x1和x3兩組數據來計算重力加速度，則表達式為g＝eq\f(x3－x1,2t2).(3)已測得x1＝6.60cm，x2＝8.15cm，x3＝9.72cm，已知當地的重力加速度大小約為9.8m/s2，由此可推算出所選紙帶相鄰計數點之間的時間間隔t＝0.04s，試驗測得的重力加速度為9.75m/s2解析：(1)測定重力加速度，不須要測量物體的質量，則不須要天平，因為須要打點計時器，則須要溝通電源，須要刻度尺測量點跡間的距離，故選A、B.(2)依據x3－x1＝2gt2，得重力加速度g＝eq\f(x3－x1,2t2).(3)依據x3－x1＝2gt2得：t＝eq\r(\f(x3－x1,2g))＝eq\r(\f(9.72－6.60×10－2,2×9.8))s≈0.04s.由(2)知，g＝eq\f(x3－x1,2t2)＝eq\f(9.72－6.60×10－2,2×0.042)m/s2＝9.75m/s2.題型2試驗原理創(chuàng)新某同學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．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當滑塊上的擋光片經過光電門時，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)，eq\x\to(v)表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內的平均速度大小，求出eq\x\to(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中的位置相同，令滑塊由靜止起先下滑，重復步驟②、③；⑤多次重復步驟④；⑥利用試驗中得到的數據作出eq\x\to(v)-Δt圖，如圖丙所示．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eq\x\to(v)與vA、a和Δt的關系式為eq\x\to(v)＝________.(2)由圖丙可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2.(結果保留3位有效數字)【解析】(1)由題知擋光片沿運動方向的長度為Δs，則Δs＝eq\x\to(v)Δt，據Δs＝eq\x\to(v)Δt＝vAΔt＋eq\f(1,2)aΔt2，可得eq\x\to(v)＝vA＋eq\f(1,2)aΔt.(2)將圖丙直線延長與縱軸相交，可得vA＝52.1cm/s，a＝2k＝16.7cm/s2.【答案】(1)vA＋eq\f(1,2)aΔt(2)52.116.7高分技法試驗原理創(chuàng)新變更試驗器材和裝置，并變更測量速度和加速度的方法．如圖案例裝置圖共性利用連接體使滑塊做勻變速直線運動①若知道物體通過光電門的時間Δt.可用v＝eq\f(d,Δt)求出物體通過光電門的瞬時速度②若知道物體在兩光電門間的運動時間或者運動距離，可以求得物體運動的加速度③利用eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at，作出eq\f(x,t)－t圖線，可由k＝eq\f(a,2)確定加速度a的大小利用斜面使滑塊做勻加速直線運動利用落體法使小球做勻加速直線運動3．物理小組的同學用如圖1所示的試驗器材測定重力加速度，試驗器材有：底座，帶有標尺的豎直桿，光電門1和光電門2組成的光電計時器(其中光電門1更靠近小球釋放點)，小球釋放器(可使小球無初速度釋放)，網兜．試驗時可用光電計時器測量小球從光電門1運動至光電門2的時間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)運用游標卡尺測量小球的直徑如圖2所示，則小球直徑為1.170cm(2)變更光電門1的位置，并保持光電門2的位置不變，小球經過光電門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、v2四個物理量之間的關系為h＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)依據試驗數據作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的肯定值為k，依據圖線可求出重力加速度大小為2k.解析：(1)游標卡尺的讀數為d＝11mm＋1