高考物理一轮复习 专题一 研究匀变速直线运动实验探究中学教育高考-高考.pdf

学习好资料 欢迎下载 实验一 研究匀变速直线运动 实验目的 1练习使用打点计时器，会用打点纸带研究物体的运动情况 2会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度 3利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的 vt 图象，根据图象求加速度 实验原理 1判断物体运动情况(1)如果 x1x2x3则物体做匀速直线运动(2)如果 x2x1x3x2x4x3k(常数)，则物体做匀变速直线运动 2“平均速度法”求速度 图 141 即 vnxnxn12T，如图 141 所示 3求加速度(1)“逐差法”求加速度，即 a1x4x13T2，a2x5x23T2，a3x6x33T2，然后取平均值，即 a a1a2a33，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确性(2)“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，直线的斜率即为加速度 实验器材与装置 图 142 1打点计时器的作用 计时仪器，每隔 0.02 s打一次点 2打点计时器的工作条件(1)电磁打点计时器：6 V 以下交流电源(2)电火花计时器：220 V 交流电源 3纸带上点的意义(1)表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置(2)通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况 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防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地或小车与滑轮碰撞 5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 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 实验过程 把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路；把一条细绳学习好资料 欢迎下载 拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，随后立即关闭电源；重复实验得 到多条纸带 纸带处理 从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明 0、1、2、3、4测量各计数点到 0 点的距离 d，计算出相邻的计数点之间的距离 x1、x2、x3求出各计数点的速度 vn，由 vn 数据作出 vt 图象 误差与改进 钩码带动小车做加速运动时，因受摩擦等各方面的影响，致使小车加速度不恒定，即小车不能真正做匀加速直线运动因此，可用阻力小的气垫导轨替代长木板，用频闪照相或光电计时的办法替代打点计时器，可避免由于电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不完全相等，提高实验的精确度 用纸带法测速度、加速度(2012山东高考)某同学利用图 143 甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)从纸带上便于测量的点开始，每 5 个点取 1 个计数点，相邻计数点间的距离如图 143 乙所示打点计时器电源的频率为 50 Hz.甲 乙 图 143(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点_和_之间某时刻开始减速(2)计数点 5 对应的速度大小为_m/s，计数点 6 对应的速度大小为_m/s.(保留三位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为 a_m/s2，若用ag来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g 为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值_(填“偏大”或“偏小”)【解析】(1)从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差 x2.00 cm，在 6、7 计数点间的位移比 5、6 之间增加了(12.28 11.01)cm1.27 cm 2.00 cm，因此，开始减速的时刻在计数点 6 和 7 之间(2)计数点 5 对应的速度大小为 会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 v5x4x52T(9.00 11.01)10220.1 m/s 1.00 m/s.计数点 4 对应的速度大小为 v4x3x42T(7.01 9.00)10220.1 m/s 0.80 m/s.根据 v5v4v62，得计数点 6 对应的速度大小为 v62v5v4(2 1.00 0.80)m/s1.20 m/s.(3)物块在计数点 7 到 11 之间做减速运动，根据 xaT2 得 x9x72a1T2 x10 x82a2T2 故 aa1a22(x9 x10)(x8 x7)22T22.00 m/s2 物块做减速运动时受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打点计时器对纸带的摩擦阻力，因此根据牛顿第二定律，得 mgf ma，即 mafmg，因此用 ag计算出的动摩擦因数比 的真实值偏大【答案】(1)67(2)1.001.20(3)2.00 偏大 (1)审题时要注意：计数点是如何选取的；长度采用了什么单位；“距离”是哪段距离(2)该方法可以迁移至相关实验，如验证牛顿第二定律，验证机械能守恒等 利用光电门研究匀变速运动(2013新课标全国卷)图 144 为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下：图 144 用天平测量物块和遮光片的总质量 M、重物的质量 m；用游标卡尺测量遮光片的宽度 d；用米尺测量两光电门之间的距离 s；调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门 A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门 A和光电门 B所用的时间 tA 和 tB，求出加速度 a；多次重复步骤，求 a 的平均值 a；根据上述实验数据求出动摩擦因数.回答下列问题：图 145(1)测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图 145 所示，其读数为_cm.(2)物块的加速度 a 可用 d、s、tA 和 tB 表示为 a_.(3)动摩擦因数 可用 M、m、a 和重力加速度 g 表示为 _.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于_(填“偶然误差”或“系统误差”)【解析】(1)游标卡尺的读数 9 mm120.05 mm9.60 mm0.960 cm(2)由 v2 Bv2 A2as，vAdtA，vBdtB联立得 a(dtB)2(dtA)22s 会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载(3)设细线的张力为 T，对 M有 TMg Ma 对 m有 mgTma 联立两式得 mg(Mm)aMg(4)细线没有调整到水平，造成张力 T不水平，若此时以 T水平来分析计算，会造成测量值总是偏大或偏小，这种由于实验操作造成的误差，属于系统误差【答案】0.960(2)12s(dtB)2(dtA)2(3)mg(Mm)aMg(4)系统误差 会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 A组 双基题组 1在“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为 50 Hz)得到如图 146 所示的纸带图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是()图 146 A实验时应先放开纸带再接通电源 B(x6 x1)等于(x2 x1)的 6 倍 C从纸带可求出计数点 B对应的速率 D相邻两个计数点间的时间间隔为 0.02 s【解析】中间时刻的瞬时速度等于全程的平均速度，所以 vBx2x32T，C 正确；x6x15(x2 x1)，所以 B错误；相邻计数点间的时间间隔是 0.1 s，D错误；按照实验要求应该先接通电源再放开纸带，所以 A错误【答案】C 2(2014云南部分名校统考)某同学用图 147 甲的实验装置探究小车的加速度 a 与小车所受合力 F及质量 M的关系打点计时器所用交变电流的频率为 50 Hz.甲 乙 图 147(1)某次实验中得到的纸带如图乙所示，每两个点间还有四个计时点未画出则可求出小车的加速度大小为_m/s2；(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量 M与砝码和盘的总质量 m满足_的条件【解 析】(1)由 逐 差 法 可 求 加 速 度，a(x3 x4)(x1 x2)4T2(7.21 7.72)(6.19 6.70)102 m40.12 s20.51 m/s2.(2)由纸带的运动情况可知，纸带、砝码和盘一起加速运动，所以拉力小于砝码和盘的总重力由 mgFma，FMa，联立得，Fmg1mM，所以当 m M时，Fmg，则为了便于探究，减小误差，应使 m M.【答案】(1)0.51(2)小于 M m 3在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图 148 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 148(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 149 所示的坐标系中画出小车的 vt 图象 图 149 (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_【解析】(1)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，所以 B点的瞬时会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 速度 vBsAC2T0.276 00.2 m/s 1.38 m/s C点的瞬时速度 vCsBD2T0.528 00.2 m/s 2.64 m/s D点的瞬时速度 vDsCE2T0.7800.2 m/s 3.90 m/s.(2)根据以上数据作出小车的 vt 图象，如图所示(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度约为 v0.2 m/s.此速度的物理含义是表示 0 时刻小车经过 A点时的速度【答案】(1)1.382.643.90(2)、(3)见解析 B组 高考题组 4(2010重庆高考)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 f 50 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 1410 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：sA16.6 mm、sB126.5 mm、sD624.5 mm.图 1410 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 sA、sB、sD和 f 表示)【解析】(1)打点计时器打出的纸带每隔 4 个点选择一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为 T0.1 s.(2)根据 BD间的平均速度等于 C点的瞬时速度得 vCsDsB2T2.5 m/s.(3)匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以 aT2 均匀增大，则有 BC AB aT2，CD BC aT2AB 2aT2，BD 2AB 3aT2，T5/f 所以 a(sDsB)2(sB sA)3T2(sD3sB2sA)f275.【答案】(1)0.1(2)2.5(3)(sD3sB2sA)f275 5(2011广东高考)图 1411 是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和 E为纸带上六个计数点加速度大小用 a 表示 会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 图 1411(1)OD 间的距离为_cm.(2)图 1412 是根据实验数据绘出的 st2 图线(s 为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示_，其大小为_m/s2(保留三位有效数字)图 1412【解析】(1)由题图 144 可知，OD(22.1 10.0)mm 12.1 mm1.21 cm(结果在1.18 1.22 cm 均正确)(2)由于物体做的是匀变速直线运动，所以其从某一点开始运动的位移 sv0t 12at2，由于st2 图线是一条过原点的倾斜直线，因此 v00，则 sa2t2，这样，我们就可以知道 st2 图线的斜率为a2，通过图线可求得斜率为 0.464(结果在 0.458 0.464 均正确)【答案】(1)1.18 1.22(2)12a0.458 0.464 6.(2011新课标全国高考)利用图 1413 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.会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 图 1413 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 x，记下相应的 t 值，所得数据如表所示 x(m)0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t(ms)292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 x/t(m/s)1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 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 v1、测量值 x 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 1414 给出的坐标纸上画出xtt 图线；图 1414(3)由所画出的xtt 图线，得出滑块加速度的大小为 a_m/s2(保留 2 位有效数字)【解析】(1)由运动学公式 xv0t 12at2(v1 at)t 12at2 12at2 v1t，变形为xt12at v1，从此式可知，xtt 图线是一条斜率为负值的直线(2)根据题目提供的数据按xt进行处理，把处理的数值对应描点，然后用一根直线连接这些点，所得图象如图所示 会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误学习好资料 欢迎下载 (3)由图线知斜率绝对值为 k1.71 1.22(776.4 292.9)1031.0，又从xt12at v1 知，斜率的绝对值为12a，故有12a1.0，即 a2.0 m/s2.【答案】(1)xt12at v1 或 x12at2 v1t(2)见解析图(3)2.0(1.82.2 范围内均正确)会利用纸带求匀变速直线运动的速度加速度利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律并能画出小车运动的图象根据图象求加速度实验原理判断物体运动情况如果则物体做匀速直线运动如果常数则物体做匀变速直线运动平均速度象法求加速度即由平均速度法求出多个点的速度画出图直线的斜率即为加速度实验器材与装置图打点计时器的作用计时仪器每隔打一次点打点计时器的工作条件电磁打点计时器以下交流电源电火计时器交流电源纸带上点的意义表示细绳要和长木板平行靠近释放小车前应使小车停在靠近打点计时器的位置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防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动防止钩码落地或小车与滑轮碰撞减小误