2021屆物理學案第一章實驗一研究勻變速直線運動含解析

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精2021屆高考物理粵教版一輪學案：第一章實驗一研究勻變速直線運動含解析實驗一研究勻變速直線運動一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領①不需要平衡摩擦力.②不需要滿足懸掛鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量。(1)平行:細繩、紙帶與長木板平行（2)靠近：小車釋放前,應靠近打點計時器的位置（3）先后：實驗時先接通電源,后釋放小車；實驗后先斷開電源,后取下紙帶(4）防撞:小車到達滑輪前讓其停止運動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞（5）適當：懸掛鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集二、數(shù)據(jù)處理與分析1.由紙帶判斷物體做勻變速運動的方法如圖1所示,0、1、2、…為時間間隔相等的各計數(shù)點，s1、s2、s3、…為相鄰兩計數(shù)點間的距離，若Δs＝s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝C(常量)，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動。圖12。由紙帶求物體運動速度的方法：根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度,即vn＝eq\f（sn＋sn＋1,2T)。3.利用紙帶求物體加速度的兩種方法（1)用“逐差法”求加速度即根據(jù)s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔)求出a1＝eq\f（s4－s1,3T2)、a2＝eq\f（s5－s2,3T2）、a3＝eq\f（s6－s3,3T2)，再算出平均值即a＝eq\f(s4＋s5＋s6－s1－s2－s3，9T2）。(2）用圖象法求加速度即先根據(jù)vn＝eq\f(sn＋sn＋1，2T）求出所選的各計數(shù)點對應的瞬時速度，后作出v－t圖象，圖線的斜率即物體運動的加速度。認識“兩種儀器”(1）作用：計時儀器，接頻率為50Hz交變電流,每隔0。02s打一次點(2)eq\a\vs4\al（工作,條件）eq\b\lc\｛(\a\vs4\al\co1(電磁打點計時器：4～6V交流電源,電火花計時器：220V交流電源））區(qū)別“兩種點”(1)計時點和計數(shù)點計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點,兩相鄰點間的時間間隔為0。02s；計數(shù)點是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇點的規(guī)則而定。（2）紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計時點越稀疏。教材原型實驗命題角度實驗原理與實驗操作【例1】某同學利用如圖2所示裝置研究小車的勻變速直線運動。圖2(1）實驗中，必要的措施是________（填選項前的字母)。A。細線必須與長木板平行B.先接通電源,再釋放小車C。小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力（2）他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖3所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5。19cm，s4＝5.97cm，s5＝6。78cm,s6＝7.64cm，則小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)），打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)圖3解析(1)實驗時細線必須與長木板平行，否則小車不做勻變速運動,A正確；實驗開始時要先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，B正確；此實驗中只需保證小車做勻加速運動，不用考慮小車與鉤碼的質(zhì)量關系及平衡摩擦力的問題，C、D錯誤。（2)相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1s，由逐差法可以得出a＝eq\f（s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2）＝0。80m/s2，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝eq\f（s1＋s2，2T)＝0。40m/s.答案(1)AB（2）0.800.40命題角度數(shù)據(jù)處理與分析【例2】(2019·全國Ⅰ卷，22）某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖4所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz,紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是________點。在打出C點時物塊的速度大小為________m/s（保留3位有效數(shù)字);物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字).圖4解析物塊加速下滑,因此打點間距逐漸增大，故最先打出的是A點.兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T＝0。1s,根據(jù)eq\o（v，\s\up6(－))＝veq\f（t,2)得C點的速度大小vC＝eq\f（sBD,2T)＝eq\f（（5。85－1.20）×10－2，2×0。1）m/s≈0.233m/s由圖知sAB＝1.20cmsBC＝sAC－sAB＝1。95cmsCD＝sAD－sAC＝2.70cmsDE＝sAE－sAD＝3。45cm由逐差法可得a＝eq\f((sCD＋sDE）－（sAB＋sBC）,4T2)代入數(shù)值解得物塊下滑的加速度大小a＝0.75m/s2.答案A0。2330。75拓展訓練1(2019·江蘇江陰市模擬)某同學用如圖5甲所示的裝置探究小車做勻變速直線運動的規(guī)律,他采用電火花計時器進行實驗。圖5(1)請在下面列出的實驗器材中,選出本實驗中不需要的器材填在橫線上（填編號）________.①電火花計時器②天平③4～6V低壓交流電源④細繩和紙帶⑤砝碼、托盤和小車⑥刻度尺⑦秒表⑧一端帶有定滑輪的長木板(2）安裝好實驗裝置后，先____________，再____________。紙帶被打出一系列點，其中一段如圖乙所示，可知紙帶的________（填“左"或“右”)端與小車相連.(3)如圖乙所示的紙帶上,A、B、C、D、E為紙帶上所選的計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，則vB＝________m/s，a＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字）解析(1）本實驗不需要天平測質(zhì)量，電火花計時器應用220V交流電源,也不用秒表測時間，故不需要的器材為②③⑦.（2)正確的操作順序是在安裝好實驗裝置后先接通電源，再釋放小車.紙帶和小車相連的一端先被打點，此時紙帶速度較小，點間距離較小,故紙帶的左端與小車相連。(3）B點對應的速度是vB＝eq\f（\o（AC,\s\up6(－))，2T）＝eq\f（52.0,0。2)×10－3m/s＝0.26m/s，a＝eq\f（\o（CE，\s\up6（－）)－\o（AC，\s\up6(－))，（2T）2)＝0。40m/s2。答案（1）②③⑦（2）接通電源釋放小車左（3)0。260。40實驗拓展創(chuàng)新命題角度實驗考查方式的創(chuàng)新【例3】（2019·全國Ⅲ卷，22）甲乙兩位同學設計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照.已知相機每間隔0。1s拍1幅照片。（1）若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是________.(填正確答案標號)A。米尺 B。秒表C。光電門 D.天平(2）簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。答：_________________________________________________________（3）實驗中兩同學由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24。5cm、ac＝58。7cm，則該地的重力加速度大小為g＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析（1)利用頻閃照片測重力加速度時需要測量小球下落的距離,因此實驗時必須使用米尺。(2）將米尺豎直放置,小球靠近米尺下落,從照片上直接讀出小球下落的距離。（3）根據(jù)Δs＝gT2得重力加速度大小g＝eq\f(bc－ab,T2）＝eq\f(（ac－ab）－ab,T2）＝eq\f((58。7－24。5－24。5）×10－2，0。12）m/s2＝9。7m/s2.答案(1）A（2）將米尺豎直放置，使小球下落時盡量靠近米尺(3)9。7拓展訓練2(2019·四川成都三診)如圖6所示為用頻閃相機拍攝的羽毛與蘋果同時下落的局部頻閃照片，已知該頻閃相機每隔Δt時間閃光一次。圖6(1)這個實驗表明：如果我們可以減小________對物體下落運動的影響，直至其可以忽略,那么重量不同的物體下落快慢程度將會相同。（2）關于圖中的s1、s2、s3,下列關系一定正確的是____________(填選項字母)。A.s1∶s2∶s3＝1∶4∶9B.s1∶s2∶s3＝1∶3∶5C。2s2＝s3＋s1（3)利用圖片提供的信息可以求出當?shù)氐闹亓铀俣戎礸,可知g＝________（填選項字母）.A.eq\f（2s1,(Δt）2） B。eq\f（2（s1＋s2＋s3），9(Δt）2）C。eq\f（s3－s1,2（Δt）2） D。eq\f（s3－s1，4（Δt）2）解析(1)在實驗中,如果沒有空氣阻力，物體下落快慢程度相同，故不斷減小空氣阻力對物體下落的影響，重量不同的物體下落快慢程度將會趨于相同.（2)因為三段位移間隔時間相同，由勻變速直線運動規(guī)律易知A項錯誤；由于這是局部照片，A點并不一定是起點，故不一定能根據(jù)初速度為零的勻變速直線運動規(guī)律求解，B項錯誤;根據(jù)s3－s2＝s2－s1可知，2s2＝s3＋s1，C項正確.（3)由Δs＝g(Δt)2可得g＝eq\f(s3－s1，2（Δt)2)，故C項正確.答案(1）空氣阻力（2)C（3）C命題角度實驗情景的拓展【例4】（2019·全國Ⅱ卷，22)如圖7（a)，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等。回答下列問題：(a）圖7(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝__________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示）。（2)某次實驗時,調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°。接通電源,開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶,如圖（b)所示.圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)。重力加速度為9.80m/s2，可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________(結(jié)果保留2位小數(shù))。解析（1)鐵塊受重力、木板彈力及摩擦力作用，由牛頓第二定律得mgsinθ－μFN＝ma且FN＝mgcosθ解以上兩式得μ＝eq\f（gsinθ－a，gcosθ)。(2）由逐差法求鐵塊加速度a＝eq\f（（s5＋s6＋s7）－（s1＋s2＋s3）,12T2)＝eq\f(（76。39－31.83）－20。90，12×0.12）×10－2m/s2≈1。97m/s2代入μ＝eq\f（gsinθ－a，gcosθ),得μ≈0.35。答案(1)eq\f（gsinθ－a,gcosθ）(2)0.35拓展訓練3（2017·全國Ⅱ卷,22）某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。圖8實驗步驟如下:①如圖8(a）,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τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt；③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度［如圖(b）所示］，eq\o(v,\s\up6（－））表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出eq\o（v，\s\up6(－))；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟②、③；⑤多次重復步驟④;⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出eq\o(v，\s\up6(－）)－Δt圖,如圖9所示.圖9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光電門時滑塊的瞬時速度大小，則eq\o（v,\s\up6(－))與vA、a和Δt的關系式為eq\o（v，\s\up6（－)）＝____________。(2）由圖9可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析(1）設擋光片末端到達光電門的速度為v,則由速度-時間關系可知v＝vA＋aΔt，且eq\o（v，\s\up6（－)）＝eq\f（vA＋v，2）聯(lián)立解得：eq\o(v,\s\up6（－))＝vA＋eq\f（1，2)aΔt。（2)將圖線延長交縱軸52。1cm/s處,即為vA，vA＝52。1cm/s，圖線的斜率k＝eq\f（1，2)a＝eq\f（53。6－52。4，（180－32。5）×10－3)cm/s2≈8.14cm/s2，即a＝16。3cm/s2。答案(1）vA＋eq\f（1，2）aΔt(2)52。116.3

1。（2019·吉林省聯(lián)考）圖10甲為測量重力加速度的實驗裝置，H為數(shù)字毫秒計，A、B為兩個相同的光電門，H可以測鐵球兩次擋光之間的時間間隔，閉合開關S吸住鐵球，斷開S，球下落到A門時毫秒計開始計時，落到B門時停止計時，顯示時間為以一定初速度通過A、B兩個光電門的時間間隔t。測量A、B間的距離s,現(xiàn)將光電門B緩慢下降到不同位置，測得多組s、t數(shù)值,現(xiàn)畫出eq\f（s，t)隨t變化的圖線為直線，如圖乙所示,直線與縱軸的截距為b、斜率為k，根據(jù)以上信息可知：鐵球經(jīng)過A門處的瞬時速度大小vA＝________，當?shù)刂亓铀俣却笮＝________。圖10解析由勻變速直線運動公式可知s＝vAt＋eq\f（1，2)gt2,解得eq\f(s,t)＝vA＋eq\f（1,2)gt，由圖線可知vA＝b，eq\f(g,2)＝k，則g＝2k。答案b2k2。（2020·河南聯(lián)考）某實驗小組為測量當?shù)氐闹亓铀俣龋O計了如下實驗：A。如圖11所示，把兩個完全相同的光電門A和B安放在粗糙的水平導軌上,用導軌標尺量出兩光電門之間距離s；B?；瑝K上安裝一寬度為d的遮光板，滑塊以初速度v0沿水平導軌勻減速地先后通過兩個光電門A和B,配套的數(shù)字毫秒計記錄了通過A光電門的時間為Δt1，通過B光電門的時間為Δt2;圖11回答下列問題：（1）計算出通過光電門A的瞬時速度為________(用所給字母表示）；(2）利用題目已知的數(shù)據(jù),請用字母表示出滑塊的加速度大小為________;（3)若已知滑塊與水平粗糙導軌間的動摩擦因數(shù)為μ，則實驗小組所在地的重力加速度為________。解析(1）滑塊通過光電門A的瞬時速度近似等于滑塊通過光電門A的平均速度,即vA＝eq\f(d,Δt1),同理滑塊通過光電門B的瞬時速度vB＝eq\f(d，Δt2）.（2)滑塊沿水平導軌做勻減速運動，設滑塊的加速度大小為a,則有veq\o\al(2,A）－veq\o\al(2，B)＝2as,解得a＝eq\f（（Δteq\o\al(2,2）－Δteq\o\al(2,1））d2，2Δteq\o\al（2,1）Δteq\o\al（2,2)s）。（3)根據(jù)牛頓第二定律，有μmg＝ma，解得g＝eq\f(a，μ)＝eq\f((Δteq\o\al(2，2）－Δteq\o\al(2,1)）d2，2μΔteq\o\al（2，2）Δteq\o\al(2,1)s）。答案(1)eq\f（d,Δt1)（2)eq\f（（Δteq\o\al（2，2）－Δteq\o\al(2,1)）d2,2Δteq\o\al(2，1）Δteq\o\al（2，2)s）（3)eq\f(（Δteq\o\al(2，2）－Δteq\o\al（2,1)）d2,2μΔteq\o\al（2，2）Δteq\o\al（2，1）s)3。利用打點計時器研究小車做變速直線運動的實驗，得到如圖12甲所示的一條紙帶,在紙帶上共取了A、B、C、D、E、F、G七個計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，從每一個計數(shù)點處將紙帶剪開分成六條(分別為a、b、c、d、e、f）,將這六條紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標系中，得到如圖乙所示的直方圖，最后將各紙帶上端中心連起來，于是得到表示v－t關系的圖象。已知打點計時器的工作頻率為50Hz，為表示v－t關系，圖中x軸對應的物理量是時間t,y軸對應的物理量是速度v。圖12（1）若紙條c的長度為6。0cm,則圖中t3為__________s，v3是紙條c段的__________速度，v3＝________m/s；（保留2位有效數(shù)字）（2)若測得a段紙帶的長度為2。0cm，f段紙帶的長度為12。0cm,則可求出加速度的大小為________m/s2。（保留2位有效數(shù)字)解析（1)由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0。1s，則圖中t3＝2×0.1s＋0。05s＝0。25s，v3是紙條c段的平均速度，v3＝eq\f（0。06，0。1）m/s＝0.