2012屆高考一輪復(fù)習(xí)學(xué)案：1.6實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

1、第6課時(shí)實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)歸納1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)練習(xí)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或電火花計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)情況.(2)測(cè)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.2.實(shí)驗(yàn)原理(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都是使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓是46V，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓是220V.當(dāng)電源頻率是50 Hz時(shí)，它每隔0.02s打一次點(diǎn).(2)若紙帶上相鄰點(diǎn)間的位移差xn1xn0，則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng).若xn1xnC(非零常數(shù))，則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng).(3)根據(jù)紙帶求加速度的方法：用“逐差法”求加速度.設(shè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6

2、，根據(jù)x4x1x5x2x6x33aT2(T為相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔)求出a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值，就是物體運(yùn)動(dòng)的加速度.3.實(shí)驗(yàn)器材電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、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、電源、復(fù)寫紙片.4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)安裝實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示).(2)接通電源，釋放小車，重復(fù)打紙帶三條.(3)挑選紙帶，確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)相鄰間距.(4)用逐差法求加速度.5.注意事項(xiàng)(1)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)不清晰，可能是電壓偏低或振針位置不合適.(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上應(yīng)打出輕重合適的小圓點(diǎn)，如果打出的是短橫線，應(yīng)調(diào)整一下振針距復(fù)寫紙的高度，使之增大一

3、些.(3)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再拉動(dòng)紙帶.(4)拉動(dòng)紙帶前，應(yīng)使拉動(dòng)端?？吭诳拷螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置.(5)小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出78個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜.2 / 12重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、對(duì)實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)的理解和掌握要熟練實(shí)驗(yàn)的操作過程，特別注意減少實(shí)驗(yàn)誤差的操作技巧.二、數(shù)據(jù)分析與處理1.由紙帶判斷物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法：如圖所示，A、B、C、D、為時(shí)間間隔相等的各計(jì)數(shù)點(diǎn)，x1、x2、x3、為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，若xx2x1x3x2常數(shù)，即若兩連續(xù)相等的時(shí)間間隔里的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體的

4、運(yùn)動(dòng)為勻變速直線運(yùn)動(dòng).2.由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法(1)根據(jù)xx2x1x3x2aT 2(T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔)，求出a，然后求平均值.(2)用逐差法求加速度：根據(jù)x4x1x5x2x6x33aT 2求出a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值a即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度.(3)用v-t圖象法，先根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度vn，求出打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，然后作出v-t圖象，圖線的斜率即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度：a.以上三種求a方法中，方法(1)求法誤差較大，如果所測(cè)數(shù)據(jù)多一般選取方法(2)、(3).三、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的其他方法研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

5、，除了運(yùn)用紙帶數(shù)據(jù)分析法之外，我們還可以通過頻閃照相法、滴水法等進(jìn)行分析研究.典例精析1.實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)【例1】在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序，將下述步驟的代號(hào)填在橫線上.A.把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車后面B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板的沒有滑輪的一端，并連好電路C.換上新的紙帶，再重做兩次D.把長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G.斷開電源，取出紙帶【解析】正確的實(shí)驗(yàn)步驟是：把長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并用墊片把木板的一端墊

6、高.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在木板較高的一端，并連好電路.把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車后.使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)，打完一條紙帶，斷開電源，取下紙帶，換上新紙帶，再重做兩次，即順序?yàn)镈BFAEGC.【答案】DBFAEGC【思維提升】對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟可簡(jiǎn)化為：放置固定連接先接后放，開始實(shí)驗(yàn)重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，同時(shí)要理解實(shí)驗(yàn)步驟中關(guān)鍵幾步，如“固定時(shí)定滑輪要伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定于遠(yuǎn)離定滑輪的一端；開始實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源，后釋放小車”等.【拓展1】在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，下列方法中有助于減少實(shí)驗(yàn)誤差的是( ACD )A.選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，把每打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)

7、時(shí)間單位B.使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些C.舍去紙帶上開始時(shí)密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測(cè)量、計(jì)算D.適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)【解析】選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使用于測(cè)量和計(jì)算的相鄰點(diǎn)的間隔增大，在用直尺測(cè)量這些點(diǎn)間的間隔時(shí)，在測(cè)量絕對(duì)誤差基本相同的情況下，相對(duì)誤差較小，因此A正確；在實(shí)驗(yàn)中，如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過小，打出的點(diǎn)很密，長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差較大，測(cè)量準(zhǔn)確性降低，因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，而使小車加速度增大的常見方法是適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)，以增大拉力，故B錯(cuò)，D對(duì)；為了減少長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差，舍去紙帶上過于密集，甚至分辨不清的點(diǎn)，因此C項(xiàng)正確.2.研究勻變速直線運(yùn)

8、動(dòng)的其他方法【例2】?jī)赡緣K自左向右運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下木塊每次曝光時(shí)的位置，如圖所示.連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔是相等的.由圖可知 ()A.在時(shí)刻t2以及時(shí)刻t5兩木塊速度相同B.在時(shí)刻t3兩木塊速度相同C.在時(shí)刻t3以及時(shí)刻t4之間某瞬時(shí)兩木塊速度相同D.在時(shí)刻t4以及時(shí)刻t5之間某瞬時(shí)兩木塊速度相同【解析】設(shè)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔為t，記錄木塊位置的直尺最小刻度間隔長(zhǎng)為l，由圖可以看出下面木塊間隔均為4l，木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度v.上面木塊相鄰時(shí)間間隔內(nèi)木塊的間隔分別為2l、3l、4l、5l、6l、7l，相鄰相等時(shí)間間隔t內(nèi)的位移之差ll恒量， 所以上面木塊做勻變

9、速直線運(yùn)動(dòng).由某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得t2、t3、t4、t5時(shí)刻的瞬時(shí)速度分別為：v2 v3 v4 v5可見速度v介于v3、v4之間，選項(xiàng)C項(xiàng)正確.【答案】C【思維提升】(1)解決本題首先要具備一定的觀察、分辨和信息提取能力，這也是近幾年高考的考查熱點(diǎn).(2)熟練應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)的一些重要結(jié)論，如xaT2，等可快速深入問題的實(shí)質(zhì)，簡(jiǎn)化解題過程.【拓展2】用滴水法可以測(cè)定重力加速度的值，方法是：在自來水龍頭下面固定一塊擋板A，使水一滴一滴持續(xù)地滴落到擋板上，如圖所示，仔細(xì)調(diào)節(jié)水龍頭，使得耳朵剛好聽到前一個(gè)水滴滴在擋板上的聲音的同時(shí)，下一個(gè)水滴剛好開始下落.首先量出水龍頭口離

10、擋板的高度h，再用秒表計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)方法是：當(dāng)聽到某一水滴滴在擋板上的聲音的同時(shí)，開啟秒表開始計(jì)時(shí)，并數(shù)“0”，以后每聽到一聲水滴聲，依次數(shù)“1,2,”,一直數(shù)到“n”時(shí),按下秒表按鈕停止時(shí)，讀出秒表的示數(shù)為t.寫出用上述測(cè)量方法計(jì)算重力加速度g的表達(dá)式：g2hn2/t2.【解析】n次響聲間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)n個(gè)水滴下落的時(shí)間間隔，所以一個(gè)水滴下落的時(shí)間Tt/n.由hgT2得g2hn2/t23.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理【例3】某同學(xué)用右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.安裝好實(shí)驗(yàn)器材.b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次.選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的

11、點(diǎn)跡，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每?jī)蓚€(gè)打點(diǎn)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如下圖中0、1、2、6點(diǎn)所示.c.測(cè)量1、2、3、6計(jì)數(shù)點(diǎn)到0計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，分別記為s1、s2、s3、s6.d.通過測(cè)量和計(jì)算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻變速直線運(yùn)動(dòng).e.分別計(jì)算出s1、s2、s3、s6與對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值.f.以為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出與對(duì)應(yīng)時(shí)間t的坐標(biāo)點(diǎn)，畫出-t圖象.結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、平板、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有和(填選項(xiàng)代號(hào)).A.電壓合適的50 Hz交流電源 B.電壓可調(diào)的直流電源 C.刻度尺D.秒表 E.天平 F.重

12、錘將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻度線與0計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，0、1、2、5計(jì)數(shù)點(diǎn)所在位置如圖所示，則s2cm，s5cm.該同學(xué)在下圖中已標(biāo)出1、3、4、6計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，請(qǐng)你在該圖中標(biāo)出與2、5兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出-t圖象.根據(jù)-t圖象判斷，在打0計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，小車的速度v0 m/s；它在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度a m/s2.【解析】A，C0刻度線和0計(jì)數(shù)點(diǎn)左端對(duì)齊，s2是計(jì)數(shù)點(diǎn)0與2間的距離，讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意從計(jì)數(shù)點(diǎn)2的左端讀起，s5同理.答案為(2.993.01)，(13.1913.21). -t如圖所示. 圖象與縱軸的交點(diǎn)即小車在0計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的速度，注意單位的轉(zhuǎn)換，由cm/s到m/s.注意應(yīng)是t

13、時(shí)間中點(diǎn)的速度，例如，取2、6兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的坐標(biāo)算加速度時(shí)，得出的是計(jì)數(shù)點(diǎn)1的瞬時(shí)速度，得出的是計(jì)數(shù)點(diǎn)3的瞬時(shí)速度，因此加速度a，而不是a.【答案】A，C(2.993.01)，(13.1913.21)見解析(0.160.2)，(4.505.10)【思維提升】圖線與縱軸截距表示初速度為v0，斜率為a，弄清圖象的意義是解題的關(guān)鍵.易錯(cuò)門診【例4】在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，算出小車經(jīng)過各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度如下表格所示.計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)123456計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻(s)0.10.20.30.40.50.6通過計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度(cm/s)44.062.081.0100.0110.0168.0為了算出速度，合理的方法是 ()A.根據(jù)任意兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度公式av/t算出加速度B.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出v-t圖象，量出其傾角，由公式atan 算出加速度C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出v-t圖象，由圖線上任意兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度，用公式av/t算出加速度D.依次算出通過連續(xù)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度【錯(cuò)解】由加速度的定義式可知A正確；v-t圖線的斜率表示加速度，因此量出圖線傾角，求出其tan 值即為加速度，B正確，根據(jù)a求出加速度，再取平均值，即為實(shí)驗(yàn)所求，D正確.【錯(cuò)因】分析中沒有從減少誤差和圖象的實(shí)際物理意義出發(fā)進(jìn)行討論，從而導(dǎo)致