2020版高考物理一轮复习 实验一 研究匀变速直线运动课件

第一章直线运动返回导航●注意事项1．平行：纸带、细绳要和木板平行．2．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带．3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞．返回导航4．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．5．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线．返回导航●误差分析1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差．2．作vt图像时出现作图误差．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.返回导航返回导航热点一实验原理与操作【典例】(2018莒南一中月考)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50Hz，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．返回导航(1)部分实验步骤如下：A．测量完毕，关闭电源，取出纸带B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D．把打点计时器固定在长木板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是________(用字母填写)．(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s.(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝________．(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算返回导航〖思路探究〗(1)本题是研究小车做匀变速直线运动的实验，根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度；(2)利用逐差法求加速度．解析：(1)正确的实验步骤是DCBA.(2)相邻两个计数点间的时间间隔T＝5×150s＝0.1s.(3)根据匀变速直线运动一段位移内中间时刻的瞬时速度等于这段位移内的平均速度，得计数点5对应的瞬时速度大小v5＝x4＋x52T.返回导航(4)为了减小误差，用逐差法求小车的加速度，即x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，a＝a1＋a2＋a33＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2.答案：(1)DCBA(2)0.1(3)x4＋x52T(4)（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2返回导航灵活运用打点纸带解答问题(1)瞬时速度求解：采用平均速度法求某一点的瞬时速度；(2)加速度的求解：①vt图像法；②推论法：Δx＝aT2；③逐差法．返回导航热点二实验数据处理与误差分析【典例】(2017课标Ⅱ，22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．图(a)图(b)返回导航实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出v；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位返回导航⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出v­Δt图，如图(c)所示．图(c)返回导航完成下列填空：(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v与vA、a和Δt的关系式为v＝________________．(2)由图(c)可求得，vA＝________cm/s，a＝________cm/s2.(结果保留3位有效数字)解析：(1)v是Δt时间内中间时刻Δt2的瞬时速度，vA为Δt时间内的初速度，根据速度公式得v＝vA＋aΔt2＝vA＋a2Δt.返回导航(2)由v＝vA＋a2Δt可知，图(c)中图线与v轴的交点为vA，图线的斜率为a2.将图线延长可知，vA＝52.1cm/s，在图线上选取较远的两点，求得斜率a2＝53.34－52.4（150－35.0）×10－3cm/s2≈8.17cm/s2，即a≈16.3cm/s2.答案：(1)vA＋a2Δt(2)52.116.3返回导航实验数据处理(1)图像处理：对由实验获取某两个物理量间的图像，特别是非常规则的关系图像，则应根据实验原理中涉及的物理规律找出两物理量间的函数关系式，确定图像的斜率、截距、面积等的物理意义，进而对问题做出解答．(2)纸带处理①瞬时速度求解：采用平均速度法求解．②加速度的求解返回导航原型是什么1．靠重物拉力获得加速度．2．由打点纸带求速度．3．由打点纸带利用逐差法或图像法求加速度.返回导航高考怎么考(2017课标Ⅰ，22题)用滴水计时器研究匀变速直线运动创新点(1)小车在水平面上靠摩擦获加速度(2)利用“滴水计时器”水滴记录不同时刻的位置．返回导航题情二：(2017课标Ⅱ，22题)用光电门测速度创新点：(1)物块在斜面上靠重力获得加速度(2)讨论平均速度、瞬时速度和加速度关系返回导航题情三：(2015江苏卷，11题)探究小磁铁在铜管中下落时的运动规律创新点：1．小磁铁在铜管中受电磁阻尼作用．2．由实验数据分析运动和受力情况.返回导航还能怎么考题情一：(2018南京二模)利用光电门测加速度返回导航创新点：1．气垫导轨可减小滑块与导轨之间的摩擦力．2．由遮光片的宽度与其通过光电门挡光时间的比值求速度．3．利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系求加速度．返回导航题情二：(2017宁波效实模拟)物块从斜面滑下获得速度，BC为物块在水平面上的位移创新点：1．物块从斜面滑下获得速度，用v＝dt求速度．2．用刻度尺测出B，C间距，用v2＝2ax求加速度.返回导航应该怎么办复习启示研究匀变速直线运动的实验，由常规的实验装置逐渐向时代化过渡，如用气垫导轨代替长木板；求解也逐渐由纸带处理向智能化过渡．具体表现在：(1)加速度获得：拉力→自身重力．(2)求速度：打点纸带→遮光片(宽度d除以挡光时间Δt)．(3)求加速度：打点纸带(逐差法)→两光电门(公式法v2－v20＝2ax)．应对策略高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上通过改变实验条件、实验仪器创设新情境．因此，做实验题应注重迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.返回导航1．【2016·海南卷】某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图(b)所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。返回导航根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为________m/s。在打出D点时，物块的速度大小为________m/s；(保留两位有效数字)(2)物块的加速度大小为________m/s2。(保留两位有效数字)返回导航解析：(1)根据匀速直线运动的中间是刻等于该过程的平均速度，可知vg＝xAC2T＝4.61＋6.590.2×10－2m/s＝0.56m/s，vB＝xCB2T＝8.61＋10.610.2×10－2m/s＝0.96m/s；(2)由逐差法可得加速度axCB－xAC4T2＝10.61＋8.61－6.59－4.614×0.12×10－2m/s2＝2.0m/s2.答案：(1)0.560.96返回导航2．(2017课标Ⅰ，22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)图(a)图(b)返回导航(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2.(结果均保留2位有效数字)解析：(1)小车运动时由于摩擦力的作用，速度逐渐减小，滴水计时器滴下水滴的间距逐渐变小，因此小车从右向左运动．返回导航(2)滴水的时间间隔T＝3045s≈0.67s小车运动到A点位置时的瞬时速度vA＝xn＋xn＋12T＝（117＋133）×0.0012×0.67m/s≈0.19m/s根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝x4＋x5－x1－x26T2＝（100＋83－150－133）×0.0016×0.672m/s2≈－0.037m/s2因此加速度的大小为0.037m/s2.答案：(1)从右向左(2)0.190.037返回导航3．利用右图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.返回导航s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(m/s)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作答：(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________；返回导航(2)根据表中给出的数据，在下图给出的坐标纸上画出st－t图线；(3)由所画出的st－t图线，得出滑块加速度的大小为a＝________m/s2(保留两位有效数字)．返回导航解析：设滑块经过光电门甲的速度为v0，由匀变速直线运动规律得：s＝(v0＋vt)t/2，vt＝v0＋at，联立解得st＝－12at＋v.由于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，则每次都使滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt是个恒量，则st－t图线的斜率等于－12a，由st－t图线可知，其斜率等于－1.0，所以滑块加速度的大小为a＝2.0m/s2.返回导航答案：(1)st＝－12at＋vt(2)st－t图线如图所示(3)2.0返回导航4．(2018山东19所名校第一次调研)为了测量木块与木板间动摩擦因数μ，某小组使用位移传感器设计了如图所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离．位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t变化规律，如图所示．返回导航(1)根据上述图线，计算0.4s时木块的速度v＝______m/s，木块加速度a＝________m/s2；(2)为了测定动摩擦因数μ，还需要测量的是________；(已知当地的重力加速度g)(3)为了提高木块与木板间动摩擦因数μ的测量精度，下列措施可行的是________．A．A点与传感器距离适当大些B．木板的倾角越大越好C．选择体积较大的空心木块D．传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻返回导航解析：(1)0.4s时木块的速度等于0.2～0.6s内的平均速度，即v＝（30－14）×10－20.6－0.2m/s＝0.4m/s；根据Δx＝aT2，可求出木块的加速度a＝[（24－14）－（30－24）]×10－20.22m/s2＝1m/s2