2020高考物理一轮总复习 第一章 运动的描述 匀变速直线运动 实验课 研究匀变速直线运动课件 新人

第一章运动的描述匀变速直线运动研究匀变速直线运动栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、数据处理1．匀变速直线运动的判断(1)如图所示，0、1、2…为时间间隔相等的各计数点，x1、x2、x3、…为相邻两计数点间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，即两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动．(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v­t图象．若v­t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动．2．由纸带求物体运动速度的方法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，vn＝xn＋xn＋12T.3．利用纸带求物体加速度的两种方法(1)逐差法：根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，再算出a1、a2、a3的平均值a＝a1＋a2＋a33＝13×x4－x13T2＋x5－x23T2＋x6－x33T2＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，即为物体的加速度．(2)图象法：如图所示，以打某计数点时为计时起点，利用vn＝xn＋xn＋12T求出打各点时的瞬时速度，描点得v­t图象．图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度．三、误差分析1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差．2．作v­t图象时出现作图误差．3．电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同．4．长木板粗糙程度不均匀，小车运动时加速度有变化造成误差．四、注意事项1．平行：纸带、细绳要和长木板平行．2．靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．3．一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车，实验后先断开电源，后取下纸带．4．减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点．6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】(2018年北京卷)用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．主要实验步骤如下：a．安装好实验器材．接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F…所示．c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E…点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5….d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图丙所示．丙(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有________和________(填选项前的字母)．A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v­t图象．(3)观察v­t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是____________________．v­t图象斜率的物理意义是________．(4)描绘v­t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)．(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的．当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图丁所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想．请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的．[解析](1)打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度．故需要的仪器选A、C.(2)利用所给点迹描点连线，得图象，其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3.(3)结合图象可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动．图象的斜率代表了运动时的加速度．(4)Δt越小，则ΔxΔt越接近计数点的瞬时速度，所以Δt越小越好．计算速度需要用到Δx的测量值，所以Δx大小与速度测量的误差有关．(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化．[答案](1)AC(2)见解析(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)见解析|练高分|1．某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度．(1)请完成以下主要实验步骤：按图(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物________(选填“靠近”或“远离”)计时器下端；_______，________，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验．(2)图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取________(选填“(b)”或“(c)”)来计算重力加速度．在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和_____________________________________．解析：(1)使重物尽量靠近打点计时器，这样可以使重物下落过程的位移较大，打的点较多，使用打点计时器时，要先接通电源，然后释放重物．(2)重物下落过程，速度逐渐增大，相邻两点间的距离逐渐增大；而纸带(c)中，相邻两点间的距离先增大后减小，所以应该选用纸带(b)．重物运动过程中，由于受空气阻力，以及纸带与限位孔间有摩擦阻力，所以运动过程中的加速度略小于当地重力加速度．答案：(1)靠近先接通电源再释放重物(2)(b)纸带与限位孔间有摩擦阻力2.(1)如图1所示为“探究小车速度随时间的变化规律”的实验装置图，按照实验要求应该()A．先释放小车，再接通电源B．先接通电源，再释放小车C．同时释放小车和接通电源(2)本实验必须()A．要平衡摩擦力B．要求悬挂物的质量远小于小车的质量C．上述两项要求都不需要(3)如图2所示，在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，从得到的纸带中确定五个计数点，量得d1＝8.00cm，d2＝17.99cm，d3＝30.00cm，d4＝44.01cm.每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1s．则打C点时小车的速度vC＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留2位有效数字)解析：(1)实验中应该先接通电源，再释放小车，选项B正确．(2)本实验不是验证牛顿第二定律的实验，只需要保持合力恒定即可，选项C正确．(3)根据匀变速直线运动的规律，有vC＝d3－d12T＝1.1m/s加速度a＝d4－d2－d24T2＝2.0m/s2.答案：(1)B(2)C(3)1.12.0考点二数据处理与误差分析——师生共研|研典例|【例】(2019届运城期末)某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图所示，他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E.测量时发现B点已模糊不清，他只测得AC长为14.56cm，CD长为11.15cm，DE长为13.73cm.(1)为了探究匀变速直线运动的规律，该同学所取的计数点个数________．(填字母序号)A．偏少B．偏多C．合适(2)若小车是做匀变速直线运动，由该同学所测的实验数据，请你帮他求出：打C点时小车的瞬时速度vC＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2，AB的距离应为________cm，打A点时小车的瞬时速度vA＝________m/s.(计算结果保留3位有效数字)[解析](1)本实验根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，应多取一些数据，根据作差法求出加速度，再求平均值，而该同学只取两组数据，计数点偏少，故A正确．(2)由题意可知相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得vC＝xAE4T＝0.1456＋0.1115＋0.13730.4m/s＝0.986m/s，由于AC间的时间间隔2T＝0.2s，CE间的时间间隔也为2T＝0.2s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小a＝xCE－xAC4T2代入数据得a＝2.58m/s2根据匀变速直线运动的推论公式xm－xn＝(m－n)aT2xDE－xCD＝Δx＝2.58cmxCD－xAB＝2Δx所以xAB＝xCD－2Δx＝5.99cm根据匀变速直线运动速度—时间公式得vC＝vA＋2aT解得vA＝0.986m/s－0.2×2.58m/s2＝0.470m/s.[答案](1)A(2)0.9862.585.990.470|练高分|1．(2018年全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反应时间为________s．(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：__________________________________________________________________.解析：(2)直尺释放之后做自由落体运动，由h＝12gt2得t＝2hg＝2L－L1g.(3)将数据代入上式得t＝0.20s.(4)多次测量，直尺尽可能保持竖直方向的运动，乙手指尽量靠近直尺但不能接触等．答案：(2)2L－L1g(3)0.20(4)多次测量，直尺尽可能保持竖直方向的运动，乙手指尽量靠近直尺但不能接触(写出任意一条即可)2．如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的频率f＝50Hz，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.(1)下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度．(保留3位有效数字)位置BCDEF速度(m·s－1)0.7370.8010.994(2)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间图线．(3)根据你画出的小车的速度—时间图线计算出小车的加速度a＝________m/s2.(保留2位有效数字)(4)如果当时电网中交变电流的频率是f＝49Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏________(选填“大”或“小”)．解析：打点计时器打点的频率f＝50Hz，故打点周期T0＝0.02s，两计数点间有四个点没有画出，计时间隔T＝5T0＝0.1s.(1)瞬时速度由公式vn＝xn＋xn＋12T知，vD＝x3＋x42T＝0.864m/s，vE＝x4＋x52T＝0.928m/s.(2)根据表中数据在v­t坐标图中准确描出各点，图象如图所示．(4