高考總復(fù)習(xí)物理隨堂課件與課后習(xí)題第一章運動的描述勻變速直線運動的研究實驗1測量做直線運動物體的瞬時速度

高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實驗1測量做直線運動物體的瞬時速度第一章2023內(nèi)容索引010203強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破練思維遷移運用強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、實驗?zāi)康?.練習(xí)使用打點計時器,學(xué)會通過紙帶上的點測瞬時速度。2.研究物體勻變速直線運動的規(guī)律。二、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。三、實驗思路1.打點計時器原理

均用交變電源2.用“平均速度法”測速度瞬時速度沒法直接測量,因此根據(jù)極限的思想,可通過測量對應(yīng)的很短時間內(nèi)的平均速度來測瞬時速度。在公式v=中,當(dāng)Δt→0時v是瞬時速度。3.勻變速直線運動的速度測量在勻變速直線運動中,某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度,故打第n個點時紙帶的瞬時速度為

。四、進(jìn)行實驗1.如圖所示,把一端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上,木板上放一個可以左右移動的小車,小車一端連接穿過打點計時器的紙帶,另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細(xì)繩。2.把小車停在靠近打點計時器的位置。啟動計時器,然后放開小車,讓它拖著紙帶運動。于是,打點計時器在紙帶上打下一行小點。隨后,立即關(guān)閉電源。3.增減所掛的槽碼(或在小車上放置重物),更換紙帶,再做兩次實驗。五、數(shù)據(jù)記錄1.選擇一條比較理想的紙帶,確定好計數(shù)點。2.求各計數(shù)點的瞬時速度并記錄。六、數(shù)據(jù)處理1.由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖像(1)根據(jù)記錄的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標(biāo)系中描點。(2)根據(jù)描點作一條直線。

不要連成折線2.小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律小車運動的v-t圖像是一條傾斜的直線,如圖所示,可以得出結(jié)論:小車的速度隨時間均勻變化。七、誤差分析1.紙帶運動時摩擦不均勻、打點不穩(wěn)定引起誤差。2.計數(shù)點間距測量有偶然誤差。3.作圖有誤差。八、其他實驗方案概述方案1:用光電門、數(shù)字計時器測瞬時速度光電門測速原理是用極短時間內(nèi)的平均速度替代瞬時速度,根據(jù)v=可知,只要測出物體的寬度和物體通過光電門的時間即可測定物體的速度。方案2:用頻閃照相法測瞬時速度利用頻閃照相拍攝運動物體在不同時刻的位置,再根據(jù)照片和實物的比例推算出照片中不同時刻物體位置間的位移,根據(jù)運動學(xué)公式測得物體的速度。此種方法不僅適用于測直線運動的物體速度,也適用于測勻變速曲線運動的物體的速度。易錯辨析

(1)打點計時器在與運動物體連接的紙帶上打出點跡,點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移。(

)(2)在使用打點計時器時,先讓物體運動,再接通打點計時器的電源。(

)(3)打點計時器只能連續(xù)工作較短時間,打點之后要立即關(guān)閉電源。(

)(4)為使測量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個點作為第一個測量點。(

)(5)兩相鄰測量點間的時間間隔必須是0.1s。(

)(6)紙帶上打的點越密,說明物體運動得越快。(

)(7)實驗時應(yīng)該使懸掛槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(

)√×√××××應(yīng)用提升1.某同學(xué)用圖甲所示的裝置研究小車做勻變速直線運動的特點。

甲

丙乙(1)實驗中,除打點計時器(含電源)、紙帶、復(fù)寫紙、小車、平板和重物外,在下面的器材中,必須使用的是

(選填選項前的字母)。

A.毫米刻度尺

B.秒表C.天平 D.彈簧測力計(2)實驗室有如下兩種計時器,A叫作

計時器,B叫作

計時器。

AB本次實驗選擇的打點計時器為B,該計時器的工作電源為

(選填“交流”或“直流”)電源,電壓為

V。

(3)下列實驗步驟的正確順序是

(用字母填寫)。

A.關(guān)閉電源,取下紙帶B.將小車?？吭诖螯c計時器附近,小車尾部與紙帶相連C.把打點計時器固定在平板上,讓紙帶穿過限位孔D.接通電源后,放開小車(4)實驗中獲得的一條紙帶如圖乙所示,在紙帶上依次取若干個計數(shù)點,利用實驗數(shù)據(jù)計算出打點時小車的速度v,以v為縱坐標(biāo),t為橫坐標(biāo),做出如圖丙所示的v-t圖像。根據(jù)圖像求出小車的加速度a=

m/s2(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案

(1)A

(2)電磁打點

電火花

交流

220

(3)CBDA

(4)1.44(1.42~1.46均可)解析

(1)本實驗通過研究紙帶上點跡分布情況分析小車的運動,所以需要用刻度尺測量計數(shù)點間的距離,A選項正確。(2)打點計時器有兩種,分別是電磁打點計時器和電火花計時器;電磁打點計時器工作電壓約8

V,電火花計時器用220

V交流電源。(3)本實驗步驟的正確順序是CBDA。(4)由v-t圖像的斜率可得加速度a=m/s2=1.44

m/s22.如圖所示是電火花計時器的示意圖。(1)電火花計時器和電磁打點計時器一樣,工作時使用

(選填“交流”或“直流”)電源,當(dāng)電源的頻率是50Hz時,每隔

s打一次點,其工作時的基本步驟如下:

A.當(dāng)紙帶完全通過電火花計時器后,立即關(guān)閉電源B.將電火花計時器電源插頭插入相應(yīng)的電源插座C.將紙帶從墨粉紙盤下面穿過電火花計時器D.接通開關(guān),聽到放電聲,立即拖動紙帶運動上述步驟正確的順序是

。(按順序填寫步驟編號)

(2)如圖所示是某同學(xué)做勻變速直線運動實驗時獲得的一條紙帶。A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點,每兩個相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出,從圖中可以讀出A、D兩點間距離x=

cm。

答案

(1)交流

0.02

CBDA

(2)2.70解析

(1)電火花計時器是使用交流電源的計時儀器,當(dāng)電源的頻率為50

Hz時,它每隔0.02

s打一次點。實驗步驟要遵循先安裝器材后進(jìn)行實驗的原則進(jìn)行,即先安裝打點計時器,再安裝紙帶,先接通開關(guān)再拖動紙帶,打完后要立即關(guān)閉電源,故步驟為CBDA。(2)從圖中可以直接讀出A、D兩點間的距離為2.70

cm。增素能精準(zhǔn)突破考點一教材原型實驗1.由紙帶計算某點的瞬時速度根據(jù)勻變速直線運動某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度,即

來計算。2.利用紙帶求物體加速度的兩種方法(1)逐差法根據(jù)x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T為相鄰計數(shù)點之間的時間間隔),求出在數(shù)據(jù)處理時可以對紙帶重新分段,把6段距離分為“前三”和“后三”,“后三”減“前三”也為相鄰相等時間間隔內(nèi)的位移差,時間間隔為3T。(2)圖像法利用

求出打各點時紙帶的瞬時速度,然后作出v-t圖像,用v-t圖像的斜率求物體運動的加速度。典例1.某同學(xué)想用打點計時器測量小車的瞬時速度和加速度。(1)實驗室提供了以下器材:打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交變電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是

。

表中列出了打點計時器打下B、C、F點時小車的瞬時速度,請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度。對應(yīng)點BCDEF0.7370.801

0.994(2)如圖所示是某同學(xué)由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出,打點計時器打點的時間間隔為0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。(3)以A點為計時起點,在坐標(biāo)系中畫出小車的速度—時間關(guān)系圖線。

(4)根據(jù)畫出的小車的速度—時間關(guān)系圖線計算出的小車的加速度a=

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(5)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f=49Hz,而做實驗的同學(xué)并不知道,由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏

(選填“大”或“小”)。

答案

(1)彈簧測力計

(2)0.864

0.928

(3)見解析圖

(4)0.65

(5)大解析

(1)本實驗中不需要測量力的大小,因此不需要的器材是彈簧測力計。(3)小車的速度—時間關(guān)系圖線如圖所示。

(4)由小車的速度—時間關(guān)系圖線可得,小車的加速度(5)當(dāng)交變電流的頻率f=49

Hz時,實際周期大于0.02

s,根據(jù)運動學(xué)公式Δx=aT2得,測量的加速度值與實際值相比是偏大的?？碱}點睛

考點考向點睛用打點計時器測量小車的瞬時速度和加速度方法:為了減少偶然誤差,數(shù)據(jù)處理常用作圖法。在坐標(biāo)紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏而導(dǎo)致誤差過大),仔細(xì)描點連線,不能連成折線,應(yīng)作一條直線,讓各點盡量落到這條直線上,落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)易錯:數(shù)據(jù)分析時要區(qū)分計時點和計數(shù)點。計時點是指計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點,要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的,時間間隔相等考點二實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材,即所謂情境新而知識舊。因此做實驗題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng),用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。1.實驗器材的改進(jìn)及速度的測量方法

2.獲得加速度方法的改進(jìn)長木板傾斜,靠小車的重力獲得加速度(如圖甲、乙所示)

靠重物的拉力獲得加速度。典例2.(2017全國Ⅱ卷)某同學(xué)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(guān)系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形遮光條、數(shù)字計時器。實驗步驟如下:①如圖甲所示,將光電門固定在斜面下端附近;將一遮光條安裝在滑塊上,記下遮光條前端相對于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當(dāng)滑塊上的遮光條經(jīng)過光電門時,用數(shù)字計時器測得光線被遮光條遮住的時間Δt;③用Δs表示遮光條沿運動方向的長度(如圖乙所示),表示滑塊在遮光條遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小,求出;④將另一遮光條換到滑塊上,使滑塊上的遮光條前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復(fù)步驟②、③;⑤多次重復(fù)步驟④;⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出-Δt圖,如圖丙所示。

丙

完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示遮光條前端到達(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小,則

與vA、a和Δt的關(guān)系式為

=

。

(2)由圖丙可求得,vA=

cm/s,a=

cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

思維點撥

1.明確實驗?zāi)康?研究物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系,測瞬時速度和加速度。2.確定速度測量原理:遮光條經(jīng)過光電門的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,即3.制定數(shù)據(jù)處理方案:根據(jù)實驗原理,結(jié)合數(shù)學(xué)知識可得出圖線與

軸交點的縱坐標(biāo)大小即為vA,圖線的斜率k=?？碱}點睛

考點考向點睛其他方法測量物體的瞬時速度和加速度方法:用極短時間內(nèi)的平均速度替代瞬時速度是測量瞬時速度的基礎(chǔ),而“極短時間”通常用數(shù)字計時器、頻閃照相的方法測量易錯:數(shù)據(jù)處理常用作圖法,作圖后要弄清圖像坐標(biāo)、截距、面積、斜率的意義,同時注意縱橫坐標(biāo)單位的選擇和判斷練思維遷移運用1.(2021河北衡水中學(xué)高三模擬)某研究小組嘗試使用等時性良好的“節(jié)拍法”來研究物體沿斜面運動的規(guī)律。實驗所用節(jié)拍頻率是每秒2拍,實驗裝置如圖甲所示。在光滑傾斜的軌道上裝有可沿軌道移動的框架,框架上懸掛輕薄小金屬片,滑塊下滑撞擊金屬片會發(fā)出“?！钡穆曇?金屬片對滑塊運動的影響可忽略)。實驗步驟如下:①從某位置(記為A0)由靜止釋放滑塊,同時開始計拍調(diào)節(jié)框架的位置,使相鄰金屬片發(fā)出的“?！甭暻『瞄g隔1拍,并標(biāo)記框架在軌道上的位置A1、A2、A3…②測量A1、A2、A3…到A0的距離s1、s2、s3…如圖乙所示。甲乙③將測量數(shù)據(jù)記錄于下表,并將節(jié)拍數(shù)n轉(zhuǎn)換成對應(yīng)時間t的二次方。

n123456s/cm9.538.586.2153.2240.3346.4t2/s20.251.00C4.006.259.00(1)表格中“C”處的數(shù)據(jù)應(yīng)為

。

(2)由表中數(shù)據(jù)分析可得,s與t2成

(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。

(3)滑塊的加速度大小為

m/s2(結(jié)果保留2位小數(shù))。

答案

(1)2.25

(2)線性

(3)0.77解析

(1)所用節(jié)拍頻率是每秒2拍,所以每拍0.5

s,表格中“C”處對應(yīng)的是3拍,對應(yīng)時間是1.5

s,二次方為2.25

s。(2)表中s與t2的比值近似為一常數(shù),所以s與t2成線性關(guān)系。2.(202