2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)增分 專題1 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)學(xué)案

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1、 實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2017·全國(guó)卷Ⅰ，22 2017·全國(guó)卷Ⅱ，22 高考對(duì)本實(shí)驗(yàn)的考查主要側(cè)重于對(duì)打點(diǎn)紙帶的研究——通過(guò)打點(diǎn)紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度、計(jì)算加速度、判定物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，同時(shí)要注意此方法的類比拓展，如通過(guò)頻閃攝像研究物體運(yùn)動(dòng)、通過(guò)其他“留跡法”研究物體運(yùn)動(dòng) 知識(shí)梳理·夯實(shí)基礎(chǔ) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打點(diǎn)紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)情況． 2．會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度． 3．利用打點(diǎn)紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并能畫(huà)出小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度． 二、實(shí)

2、驗(yàn)原理 1．利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲取記錄物體運(yùn)動(dòng)信息的打點(diǎn)紙帶，通過(guò)紙帶上的點(diǎn)研究物體的運(yùn)動(dòng)． 2．利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法 沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4……若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝……則說(shuō)明物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)． 3．速度的求解方法 用“平均速度法”求速度，即vn＝，如圖所示． 4．加速度的求解方法 (1)“兩大段法”求加速度，若已知紙帶上x(chóng)1、x2、x3、x4、x5、x6連續(xù)的六段，每段時(shí)間為T，可分成x1＋x2＋x3和x4＋x5＋x6兩大段，每大段對(duì)應(yīng)時(shí)間3T，根據(jù)x2－x1＝aT2得 (x4＋x5

3、＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝a(3T)2， 解得a＝. (2)“逐差法”求加速度，即a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值， 即a＝＝. (3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫(huà)出v－t圖象，直線的斜率即加速度的大?。? 三、實(shí)驗(yàn)器材 電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路． 2．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在

4、小車的后面．實(shí)驗(yàn)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． 3．將小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車． 4．小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶． 5．換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶測(cè)量分析． 五、數(shù)據(jù)處理 1．由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v－t圖象 (1)選適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在紙帶上標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起點(diǎn)的距離． (2)計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，填入表格，根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)． (3)根據(jù)描的點(diǎn)作一條直線，使各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，如圖所示． 2．小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)

5、間變化的規(guī)律 (1)小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象是一條傾斜的直線，如圖所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值Δt，速度也會(huì)增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化． (2)既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，所以小車的速度隨時(shí)間均勻變化． 六、誤差分析 1．根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差． 2．電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相等． 3．紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)不穩(wěn)定引起測(cè)量誤差． 4．用作圖法，作出的v－t圖象并不是一條直線． 5．木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測(cè)量得到的加速度只能是所測(cè)量的平均加速度． 七、注意事項(xiàng) 1．平行 紙

6、帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行． 2．靠近 釋放小車前，應(yīng)使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置． 3．先后順序 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車；實(shí)驗(yàn)后先斷開(kāi)電源，后取下紙帶． 4．防止碰撞 在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞． 5．減小誤差 小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上打的點(diǎn)過(guò)于密集． 6．紙帶選取 選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)． 7．準(zhǔn)確作圖 在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過(guò)密或過(guò)疏，而導(dǎo)致誤差過(guò)大)，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條平滑曲線，讓各點(diǎn)

7、盡量落到這條曲線上，落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)． 核心考點(diǎn)·分層突破 考點(diǎn)1　實(shí)驗(yàn)原理與操作 [例1]某同學(xué)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋? ①請(qǐng)完成以下主要實(shí)驗(yàn)步驟：按圖甲安裝實(shí)驗(yàn)器材并連接電源；豎直提起系有重物的紙帶，使重物__靠近__(選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)計(jì)時(shí)器下端；__先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再釋放紙帶__，使重物自由下落；關(guān)閉電源，取出紙帶；換新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)． ②圖乙和丙是實(shí)驗(yàn)獲得的兩條紙帶，應(yīng)選取__乙__(選填“乙”或“丙”)來(lái)計(jì)算重力加速度．在實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理都正確的情況下，得到的結(jié)果仍小于當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，主要原因是空氣阻力和__紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

8、之間有摩擦__. (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 ①作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02 s打一次點(diǎn)． ②工作條件 (2)紙帶上點(diǎn)的意義 ①反映和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置． ②通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況． ③可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔． 考點(diǎn)2　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 [例2]某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時(shí)間的變化．物塊放在桌面上，細(xì)繩的一端與物塊相連，另一端跨過(guò)滑輪掛上鉤碼．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面左端，所用交流電源的頻率為50 Hz.紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在物塊上．啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動(dòng)．打

9、點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖乙所示．(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)．回答下列問(wèn)題： (1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為_(kāi)_0.56__m/s.在打出D點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為_(kāi)_0.96__m/s；(保留兩位有效數(shù)字) (2)物塊的加速度大小為_(kāi)_2.0__m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) 解析　(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的速度等于該過(guò)程中的平均速度，所以vB＝＝ m/s＝0.56 m/s，vD＝＝ m/s＝0.96 m/s； (2)根據(jù)題意，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)速度公式vD＝vB＋a·2T，代入

10、數(shù)據(jù)整理可以得到a＝2.0 m/s2. 考點(diǎn)3　實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新 高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新而知識(shí)舊．因此做實(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題． 1．實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測(cè)量方法 (1)圖甲中，由遮光片的寬度d和遮光片擋光時(shí)間Δt求速度v＝； (2)圖乙中，由紙帶求速度vn＝. 2．獲得加速度方法的改進(jìn) 長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示靠重物的拉力獲得加速度． [例3]某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過(guò)程中所得到的紙帶的一部

11、分如圖乙所示，圖中標(biāo)出了五個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的距離． (1)物塊下滑時(shí)的加速度a＝__3.25__m/s2，打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度v＝__1.79__m/s； (2)以知重力加速度大小為g，為求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測(cè)量的物理量是__C__.(選填正確答案序號(hào)) A．物塊的質(zhì)量 B．斜面的高度 C．斜面的傾角 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期T＝0.02 s，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知，加速度a＝＝3.25 m/s2；打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度vC＝＝1.79 m/s. (2)由牛頓第二定律得加速度a＝gsin θ－μgcos θ，所以要求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測(cè)量的物理量是斜面的傾角． 對(duì)應(yīng)演練·遷移運(yùn)

12、用 1．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)，某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系．使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器． 實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①如圖甲，將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上；記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開(kāi)始下滑； ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt； ③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，如圖乙所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同，令滑塊由靜止開(kāi)始下滑，重復(fù)步

13、驟②③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出－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(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為＝__vA＋Δt__. 丙 (2)由圖丙可求得，vA＝__52.1__cm/s，a＝__16.3__cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 解析　擋光片通過(guò)光電門的平均速度等于Δt時(shí)間段的中間時(shí)刻的速度， 由v＝v0＋at可知＝vA＋a， 即＝vA＋a·Δt，由圖象的截距可知vA＝52.12 cm/s≈52.1 cm/s， 其斜率k＝a，故物體的加速度a＝2k＝1

14、6.3 cm/s2. 2．某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)． ①實(shí)驗(yàn)中，必要的措施是__AB__. A．細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行 B．先接通電源再釋放小車 C．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量 D．平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力 ②他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中未畫(huà)出). s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm.則小車的加速度a＝__0.80__m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計(jì)

15、時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB＝__0.40__m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 解析　①利用長(zhǎng)木板、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)中，必要的措施是：細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行；先接通電源，再釋放小車；不需要平衡摩擦力，不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量．因此正確選項(xiàng)是A、B．②由Δx＝aT2，T＝0.10 s和逐差法可得小車的加速度a＝＝0.80 m/s2.利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB＝＝0.40 m/s. 3．某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

16、的電源為50 Hz的交流電． (1)下列實(shí)驗(yàn)操作中，不正確的有__CD__. A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B．紙帶穿過(guò)限位孔，壓在復(fù)寫(xiě)紙下面 C．用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開(kāi)讓磁鐵下落 D．在磁鐵下落的同時(shí)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 (2)該同學(xué)按照正確的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(記為“實(shí)驗(yàn)①”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開(kāi)始下落的一段，確定一合適的點(diǎn)為O點(diǎn)，每隔一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為1,2，…，8.用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，記錄在紙帶上，如圖乙所示． 計(jì)算相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度，粗略地表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，抄入下表，請(qǐng)將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)

17、充完整. 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 (cm/s) 24.5 33.8 37.8 __39.0__ 39.5 39.8 39.8 39.8 (3)分析上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時(shí)間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度的變化情況是__逐漸增大到39.8_cm/s__；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是__逐漸增大到等于重力__. (4)該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作(記為“實(shí)驗(yàn)②”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾乎相同．請(qǐng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)②是為了說(shuō)明什么？對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？ 解析　(1)實(shí)驗(yàn)中必須保證

18、小磁鐵除受重力、磁力外不受其他力的作用，故銅管需豎直地固定在限位孔正下方以保證磁鐵在下落過(guò)程中不與銅管摩擦與碰撞，選項(xiàng)A正確．紙帶穿過(guò)限位孔可以保證紙帶的正確方位，置于復(fù)寫(xiě)紙下面可以保證打點(diǎn)清晰，選項(xiàng)B正確．釋放紙帶前應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，小磁鐵靜止，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．釋放小磁鐵前應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待其工作穩(wěn)定后方可放開(kāi)紙帶，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． (2)由圖乙可得4＝ cm/s＝39.0 cm/s. (3)由表中數(shù)據(jù)可以看出，磁鐵運(yùn)動(dòng)的速度在相等時(shí)間內(nèi)的增量逐漸減小，最終保持39.8 cm/s的速度不變，即磁鐵運(yùn)動(dòng)中加速度逐漸減小，最終為零，則由mg－Ff＝ma知阻力逐漸增大直到等于重力．

19、 (4)為了說(shuō)明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用．磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用． 4．利用如圖所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度．一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動(dòng)．當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離為x，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示． x/m 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t/ms 29

20、2.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 /(m·s－1) 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 完成下列填空和作圖： (1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過(guò)光電門乙時(shí)的瞬時(shí)速度v1、測(cè)量值x和t四個(gè)物理量之間所滿足的關(guān)系式是__＝－at＋v1(或x＝－at2＋v1t)__. (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在下圖給出的坐標(biāo)紙上畫(huà)出－t圖線． (3)由所畫(huà)出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝__2.0__ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) 解析　(1)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，故中間時(shí)刻瞬時(shí)速度為，有v1＝＋at，故＝－at＋v1(或?qū)⒓铀俣葹閍的勻加速運(yùn)動(dòng)看成反方向的加速度為－a的勻減速運(yùn)動(dòng)，則x＝－at2＋v1t)． (2)由表中所給數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，注意描點(diǎn)時(shí)應(yīng)使盡量多的點(diǎn)在直線上或分居在直線兩側(cè)，其圖線如答圖所示． (3)由＝－at＋v1， 知－t圖線的斜率k＝－a， 又圖線過(guò)(0.20,1.81)、(0.80,1.20)兩點(diǎn)，k＝＝－1.0，故a＝2.0 m/s2. 答案　(2)－t圖線如圖所示 11