（新课标）2020高考物理一轮复习 1.6 实验：研究匀变速直线运动课件 新人教版

1．6实验：研究匀变速直线运动知识清单考点整合集中记忆一、实验目的练习使用打点计时器，学会用纸带上的数据研究物体的运动情况．会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度．能利用纸带上的数据画出小车运动的v－t图像，根据图像求加速度．二、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片．注意：电磁打点计时器用4～6V，50Hz交流电源，电火花计时器用220V，50Hz交流电源．三、实验步骤把带有滑轮的长木板平放在实验桌上．把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔．将小车停在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码．先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源．换上新的纸带，重复实验两次．四、数据处理计算速度根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，求各计数点瞬时速度：vA＝x1＋x22T，vB＝x2＋x32T，vC＝x3＋x42T等．作v­t图像建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，根据数据描点．画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去．计算加速度方法一：根据a＝ΔvΔt，先求出各点的速度，作出v­t图像，计算图线的斜率即加速度．方法二：根据a＝ΔxT2，将纸带数据分成时间相等的两大段，设图中相邻计数点的时间间隔是T，则a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）（3T）2.五、注意事项使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源．实验时要防止钩码落地，小车与滑轮碰撞．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．在画图像时，注意坐标轴单位长度的选取，使图像分布在坐标平面的大部分面积上．使图像中的点尽量均匀分布在图线两侧．考点讲练考点突破针对训练考点一实验原理与操作1．本实验操作顺序提示：木板—计时器—小车—通电—断电2．考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带．在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况．某同学做此实验时的步骤如下：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；D．小车停止运动后，直接取下纸带；E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；F．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理．其中错误或遗漏的步骤有：(1)________________________________________________；(2)_______________________________________________．将以上步骤完善后，其合理的顺序为______________________________________________________________．A中应先接通电源，再放纸带D中取纸带前应先断开电源BECADF【答案】(1)A中应先接通电源，再放开纸带(2)D中取纸带前应先断开电源BECADF【解析】实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步骤是A、D.该实验步骤中合理的顺序为BECADF.研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，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乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．(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平板上，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)图乙中标出的相邻两个计数点的时间间隔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式应为a＝__________________．【答案】(1)DCBA(2)0.1(3)x4＋x52T(4)（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2【解析】(2)每相邻两点之间还有4个记录点未画出，故T＝5×0.02s＝0.1s(3)中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，则v5＝x4＋x52T(4)由逐差法得加速度a＝x4－x13T2＋x5－x23T2＋x6－x33T23＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2考点二数据处理与误差分析1．计算时应注意的问题(1)时间间隔：“相邻两个计数点间有4个点”或“每5个点取1个计数点”的含义：相邻计数点间的时间间隔为0.1s.(2)单位换算：本实验长度测量数据一般是“厘米”，要换算成“米”．(3)有效数字：按有效数字的要求取计算结果．2．减小实验误差的措施(1)舍弃点密集部分，适当选取计数点．(2)多测几组数据，用尽量多的数据计算，(3)将纸带分成等时的两大段处理，与逐差法取平均值结果相同．(4)作v­t图像时，要适当选取坐标轴的单位长度，使图像分布在坐标平面尽量大的面积上．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T＝0.02s的交流电源．经过测量得：d1＝3.62cm，d2＝8.00cm，d3＝13.20cm，d4＝19.19cm，d5＝25.99cm，d6＝33.61cm.(1)计算vF＝________m/s；(结果保留三位有效数字)(2)物体的加速度＝________m/s2；(结果保留三位有效数字)(3)如果当时电网中交变电流的频率是f＝51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填：偏大、偏小或不变)．(4)在实验过程中，对减小实验误差来说，下列方法中有益的是()A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰的点进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验【答案】(1)0.721(2)0.801(3)偏小(4)ACD【解析】(1)每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为t＝5T.利用匀变速直线运动的推论，得vF＝xEGtEG＝d6－d410T＝0.721m/s(2)分成AD和DG两段处理，根据a＝ΔxT2，得a＝DG－AD（3t）2＝d6－d3－d3（15T）2＝33.61－26.40（0.30）2×10－2m/s2＝0.801m/s2.(3)如果交流电的频率51Hz，f＞50Hz，那么实际打点周期变小，根据Δx＝at2，得真实的加速度值就会偏大，所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小．(4)取5个点的时间间隔作为一个时间单位，可以减小偶然误差．加速度太小，打的点太密，测量误差增大．在做“研究匀变速直线运动”的实验中：(1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是________．(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，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02s，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.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．位置BCDEF速度(m·s－1)0.7370.8010.994(3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线．(4)根据画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝________m/s2.【答案】(1)弹簧测力计(2)0.8640.928(3)见解析图(4)0.65【解析】(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计．(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：vD＝x3＋x42×5T＝（8.33＋8.95）×10－2m2×0.1s＝0.864m/s同理可得vE＝0.928m/s.(3)小车的速度—时间关系图线如图所示．(4)小车的加速度a＝ΔvΔt＝1.00－0.700.50－0.04m/s2＝0.65m/s2.考点三实验拓展与综合高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，用教材中实验的原理和方法处理新问题．高考命题对本实验的改进创新经常体现在以下角度：1．用频闪照相的方法代替打点计时器，原理不变．2．用光电计时器代替打点计时器，通过测量瞬时速度，结合运动规律求加速度．3．在本实验的基础上延伸，利用测出的加速度，结合牛顿运动定律求其他力、动摩擦因数等．(2017·课标全国Ⅰ)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)(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)【答案】(1)从右向左(2)0.190.038【解析】(1)由于用手轻推一下小车，则小车做减速运动，根据桌面上连续6个水滴的位置，可知，小车从右向左做减速运动；(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，那么各点时间间隔为：T＝3045s＝23s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，有vA＝117＋1332×23×10－3m/s＝0.19m/s，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，得a＝83＋100－117－1334×（23）2×10－3m/s2＝－0.038m/s2.负号表示方向相反．(2017·课标全国Ⅱ)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、长度不同的挡光片、光电计时器．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中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④⑥利用实验中得到的数据作出v－­Δt图，如图(c)所示完成下列填空：(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)【答案】(1)vA＋12aΔt(2)52.116.3【解析】(1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则v－等于挡光片通过光电门过程中中间时刻的瞬时速度，根据速度－时间公式得：v－＝vt2＝vA＋12aΔt(2)由(1