【步步高】2020年高考物理大一轮 实验一 研究匀变速直线运动 新人教版必修1

实验一研究匀变速直线运动 一、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(xaT2)3测定匀变速直线运动的加速度二、实验原理1打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点(2)工作条件(3)纸带上点的意义：表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔2利用纸带判断物体运动状态的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、，若v2v1v3v2v4v3，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即a.(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4，若xx2x1x3x2x4x3，则说明物体在做匀变速直线运动，且xaT2.3速度、加速度的求解方法(1)“逐差法”求加速度：如图1所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T，且满足x6x5x5x4x4x3x3x2x2x1，即a1，a2，a3，然后取平均值，即，这样可使所给数据全部得到利用，以提高准确性图1(2)“平均速度法”求速度：得到如图2所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T，n点的瞬时速度为vn.即vn.图2(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出vt图象，直线的斜率即加速度三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片四、实验步骤1仪器安装(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面实验装置见图3所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行图32测量与记录(1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即T0.1 s正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度(4)增减所挂钩码数，再重复实验两次3数据处理及实验结论(1)由实验数据得出vt图象图4根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图4 所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图象，它是一条倾斜的直线图5(2)由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律，有两条途径进行分析分析图象的特点得出：小车运动的vt图象是一条倾斜的直线如图5所示，当时间增加相同的值t时，速度也会增加相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化通过函数关系进一步得出：既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成“线性关系”，小车的速度随时间均匀变化五、注意事项1交流电源的电压及频率要符合要求2实验前要检查打点计时器打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸3开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器4先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源5要区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔为T0.025 s0.1 s.6小车另一端挂的钩码个数要适当，避免因速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集7选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚相邻计数点间所选的时间间隔T.8测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差考点一完善实验步骤例1在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误的步骤有_A拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源B将打点计时器固定在平板上，并接好电源C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上合适的钩码D取下纸带E将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔_将以上步骤完善并填写在横线上(遗漏的步骤可编上序号G、H)；实验步骤的合理顺序为：_.考点二纸带数据的处理例2(2020广东理综34(1)如图6是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带图6(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_(2)ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x_；C点对应的速度是_(计算结果保留三位有效数字)图7例3某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关 系，设计实验装置如图7.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架 在一物块上在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；用直尺测量A、B之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t；重复步骤数次，并求挡光时间的平均值；利用所测数据求出摩擦力Ff和斜面倾角的余弦值cos ；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤，作出Ffcos 关系曲线(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g)；斜面倾角的余弦cos _；滑块通过光电门时的速度v_；滑块运动时的加速度a_；滑块运动时所受到的摩擦阻力Ff_.(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图8所示，读得d_.图8实验原理迁移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针对本题，纸带的处理、游标卡尺的读数、匀变速直线运动规律以及牛顿第二定律，都是教材中的重点知识，只要熟练掌握，就不难解答本题图91. 如图9所示是做匀加速直线运动的小车带动打点计时器在纸带上打出的点的一部分图中每相邻两点之间还有四个点没有画出，交流电的频率为50 Hz，测得第二个、第三个计数点与零点相距d26.0 cm，d310.0 cm，则(1)第一个、第四个计数点与零点相距d1_；d4_；(2)物体经过第一个、第二个计数点的瞬时速度v1_，v2_；物体的加速度a_.2(2020重庆理综22(1)某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f50 Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点因保存不当，纸带被污染如图10所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：xA16.6 mm、xB126.5 mm、xD624.5 mm.图10若无法再做实验，可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为_s；(2)打C点时物体的速度大小为_m/s(取2位有效数字)；(3)物体的加速度大小为_(用xA、xB、xD和f表示)3在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图11所示，是一条记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出，交流电的频率为50 Hz.图11(1)在打点计时器打B、C、D点时，小车的速度分别为vB_ m/s；vC_ m/s；vD_ m/s.(2)在如图12所示的坐标系中画出小车的vt图象图12(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是_，此速度的物理含义是_4如图13所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静 止开始自由下落，利用此装置可以测量重力加速度(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号)中的器材A直流电源、天平及砝码B直流电源、毫米刻度尺C交流电源、天平及砝码图13D交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度为使图线的斜率等于重力加速度，除作vt图象外，还可作_图象，其纵轴表示的是_，横轴表示的是_5(2020课标23)利用图14所示的装置可测量滑块在斜面上运 动的加速度一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙 固图14定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲滑至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示.s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(ms1)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作图：(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_；(2)根据表中给出的数据，在图15给出的坐标纸上画出t图线；图15(3)由所画出的t图线，得出滑块加速度的大小为a_m/s2(保留2位有效数字)6某校研究性学习小组的同学用如图16甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；然后撤去浅盘并同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是x011.40 cm，x122.15 cm，x232.91 cm，x343.65 cm，x454.41 cm，x565.15 cm.试问：图16(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的_原理类似(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4_m/s，小车的加速度a_m/s2.(结果均保留2位有效数字)答案课堂探究例1ADG换上新纸带重复实验三次BEFCADG例2(1)0.02 s(2)0.70 cm0.100 m/s例3(1)mgm(2)3.62 cm随堂训练1(1)2.67 cm14.67 cm(2)30 cm/s36.67 cm/s66.67 cm/s22(1)0.1(2)2.5(3)3见解析4(1)D(2)h速度平方的二分之一重物下落的高度5(1)svttat2或vtat(2)见解析中图(3)2.06(1)打点计时器(2)0.200.19