第一章實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律-1

實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律目標(biāo)要求1.會(huì)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用紙帶上的點(diǎn)跡求物體的速度和加速度.2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法．實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器1．作用：計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)所用交變電源的頻率f＝50Hz時(shí)，每隔________s打一次點(diǎn)．2．結(jié)構(gòu)(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(如圖)(2)電火花計(jì)時(shí)器(如圖)3．工作條件：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：交變電源,電火花計(jì)時(shí)器：交變電源))二、實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律1．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)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、________、導(dǎo)線、________電源．2．實(shí)驗(yàn)過程(1)按照實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板________的一端，接好電源；(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；(3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先________________，后________________；(4)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶；(5)更換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量、分析．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)求小車的速度與加速度①利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).②利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，則a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)③利用速度－時(shí)間圖像求加速度a．作出速度－時(shí)間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度；b．剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度．(2)依據(jù)紙帶判斷小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)①x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離．②Δx是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….③若Δx等于恒量(aT2)，則說明小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．④Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等．4．注意事項(xiàng)(1)平行：紙帶、細(xì)繩要與長(zhǎng)木板平行．(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙帶．(3)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)，防止槽碼落地及小車與滑輪相撞．(4)減小誤差：小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜．(5)小車從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置釋放．5．誤差分析(1)紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差．(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測(cè)量有偶然誤差．(3)作圖有誤差．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2019·全國(guó)卷Ⅰ·22)某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究．物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出．在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是______點(diǎn)．在打出C點(diǎn)時(shí)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)．例2如圖所示為某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶．(1)已知使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，它的工作電壓是________V．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為________s.(2)A、B、C、D是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，則計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是________s．從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x＝______m；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度大小是________m/s，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為________m/s2.(3)下列說法正確的是________．A．使用時(shí)應(yīng)當(dāng)先釋放小車，讓其運(yùn)動(dòng)起來，再接通電源B．也可使用干電池作為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C．每打完一條紙帶，要及時(shí)切斷打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D．對(duì)紙帶處理時(shí)，要從打出的紙帶中選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行處理考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測(cè)量方法(如圖)2．獲得加速度方法的改進(jìn)靠重物的拉力獲得加速度→長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示．3．用頻閃照相的方法、滴水法或光電計(jì)時(shí)器錄像代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．通過以上裝置的改進(jìn)能最大限度地減少因長(zhǎng)木板和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔的阻力而導(dǎo)致的小車加速度不恒定，使小車盡可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，以提高實(shí)驗(yàn)的精確度．例3(2023·江蘇省泰州中學(xué)高三開學(xué)考試)實(shí)驗(yàn)室中某同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測(cè)量小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．實(shí)驗(yàn)過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；然后撤去淺盤并同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開．(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是________；A．本實(shí)驗(yàn)中還需要用到停表記錄時(shí)間B．在斜面上做實(shí)驗(yàn)是為了補(bǔ)償小車下滑過程中的阻力C．小車的質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度就越大D．滴水計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理類似(2)經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，測(cè)量每個(gè)點(diǎn)跡到放開小車時(shí)的點(diǎn)跡的距離x和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，以x為縱橫、t2為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，連線后總能得到如圖乙所示的圖像，這________(選填“可以”或“不能”)說明運(yùn)動(dòng)中小車的速度隨時(shí)間均勻變化，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3)白紙上部分點(diǎn)跡如圖丙所示，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s＝________m；小車運(yùn)動(dòng)的加速度為________m/s2.例4(2022·全國(guó)乙卷·22)用雷達(dá)探測(cè)一高速飛行器的位置．從某時(shí)刻(t＝0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測(cè)量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列問題：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是：__________________________________________；(2)當(dāng)x＝507m時(shí)，該飛行器速度的大小v＝________m/s；(3)這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝________m/s2(保留2位有效數(shù)字)．例5利用如圖所示的裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)出遮光條的寬度d，在砝碼盤中放上砝碼，讓滑塊從光電門1的右側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)測(cè)出遮光條經(jīng)過光電門1和2的時(shí)間分別為t1和t2，測(cè)出從光電門1到光電門2所用的時(shí)間為Δt，計(jì)算出滑塊的加速度大小a＝________(用d、t1、t2和Δt表示)(2)一個(gè)同學(xué)利用(1)中的裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持滑塊的質(zhì)量、砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量不變，撤去光電門1，在某位置靜止釋放滑塊，記錄滑塊的釋放位置到光電門2的距離，記錄遮光條的遮光時(shí)間，多次改變滑塊的釋放位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．記錄下的距離為x1、x2、x3、…，時(shí)間為t1、t2、t3、…，以x為縱軸，eq\f(1,t2)為橫軸，描點(diǎn)作圖得到一條過原點(diǎn)的傾斜直線，已知該直線的斜率為k，則滑塊勻變速運(yùn)動(dòng)過程中的加速度大小a＝________(用d和k表示)．例6“筋膜槍”是利用內(nèi)部電機(jī)帶動(dòng)“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的設(shè)備．某同學(xué)為了測(cè)量“槍頭”的沖擊頻率，如圖(a)將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對(duì)紙帶．啟動(dòng)筋膜槍，松開紙帶，讓紙帶在重錘帶動(dòng)下穿過限位孔，“槍頭”在紙帶上打下系列點(diǎn)跡．更換紙帶，重復(fù)操作，得到多條紙帶，選取點(diǎn)跡清晰的紙帶并舍去密集點(diǎn)跡，完成下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)跡有拖尾現(xiàn)象，他在測(cè)量各點(diǎn)間距時(shí)，以拖尾點(diǎn)跡左邊為測(cè)量點(diǎn)，如圖(b)．①紙帶的_____