江蘇省2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第一章運動的描述勻變速直線運動的研究實驗一測量做直線運動物體的瞬時速度教案

PAGEPAGE1試驗一測量做直線運動物體的瞬時速度1．試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、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙．2．試驗原理(如圖1所示)圖13．試驗步驟(1)依據(jù)如圖所示試驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源；(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車；(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；(5)換紙帶重復(fù)試驗三次，選擇一條比較志向的紙帶進(jìn)行測量分析．4．留意事項(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行．(2)兩先兩后：試驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；試驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙帶．(3)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞．(4)減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度測量的相對誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清晰地取出6～7個計數(shù)點為宜．(5)小車從靠近打點計時器位置釋放．1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)目的通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，分析物體的運動性質(zhì)等．(2)方法①分析物體的運動性質(zhì)——測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質(zhì)．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)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2).③利用平均速度求瞬時速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).④利用速度—時間圖象求加速度a．作出速度—時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度．2．依據(jù)紙帶推斷物體是否做勻變速直線運動(1)x1、x2、x3…xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離．(2)Δx是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2….(3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T＝0.02ns(打點計時器的頻率為50Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù))．(4)Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運動，它在隨意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差就肯定相等.例1(2024·全國卷Ⅰ·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(jìn)行探究．物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖2所示．已知打點計時器所用溝通電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)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2答案A0.2330.75解析依據(jù)題述，物塊加速下滑，在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是A點．依據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則可讀出，B點對應(yīng)的刻度為1.20cm，C點對應(yīng)的刻度為3.15cm，D點對應(yīng)的刻度為5.85cm，E點對應(yīng)的刻度為9.30cm，AB＝1.20cm，BC＝1.95cm，CD＝2.70cm，DE＝3.45cm.兩個相鄰計數(shù)點之間的時間T＝5×eq\f(1,50)s＝0.10s，依據(jù)做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得，打出C點時物塊的速度大小為vC＝eq\f(BC＋CD,2T)≈0.233m/s.由逐差法可得a＝eq\f(CD＋DE－AB＋BC,4T2)，解得a＝0.75m/s2.[聽課感悟]____________________________________________________________________________________________________________________________________________________變式1(2024·全國卷Ⅰ·22)某探究小組為了探討小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間．試驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖3(a)所示．試驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置．(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴)圖3(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的．(2)該小組同學(xué)依據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)推斷出小車做勻變速運動．小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)從右向左(2)0.190.038解析(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離漸漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動的．(2)已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為T＝eq\f(30,45)s＝eq\f(2,3)s，所以A點位置的速度為vA＝eq\f(0.117＋0.133,2×\f(2,3))m/s≈0.19m/s.依據(jù)逐差法可得加速度a＝eq\f(x5＋x4－x2＋x1,6T2)，解得a≈－0.038m/s2，故加速度的大小為0.038m/s2.變式2(2024·北京卷·21改編)用圖4所示的試驗裝置探討小車速度隨時間改變的規(guī)律．圖4主要試驗步驟如下：a．安裝好試驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖5中A、B、C、D、E、F……所示．圖5c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖6所示．圖6結(jié)合上述試驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還須要運用的有________和________(填選項前的字母)．A．電壓合適的50Hz溝通電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖象中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v－t圖象．(3)視察v－t圖象，可以推斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是________________．v－t圖象斜率的物理意義是__________________．(4)描繪v－t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從試驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．答案(1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時間勻稱改變加速度(4)越小越好有關(guān)解析(1)打點計時器運用的是溝通電源，故選A，不選B；相鄰打點間的時間是已知的，故不選D；計數(shù)點間的距離須要用刻度尺測量，故選C；由于不須要知道小車和重物的質(zhì)量，故不須要天平(含砝碼)，故不選E.(2)連線時要讓盡量多的點在一條直線上，其中C點的橫坐標(biāo)為3T，縱坐標(biāo)為v3.(3)可以依據(jù)v－t圖象是傾斜的直線(斜率肯定)，即小車的速度隨時間勻稱改變，推斷出小車做勻變速直線運動；v－t圖象的斜率表示加速度．(4)嚴(yán)格地講，eq\f(Δx,Δt)表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于0時，eq\f(Δx,Δt)才表示瞬時速度，因此若用eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從試驗的角度看，選取的Δx越小，用eq\f(Δx,Δt)計算得到的平均速度越接近計數(shù)點的瞬時速度，但Δx過小，測量誤差增大，因此選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)．1．復(fù)習(xí)啟示高考試驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材試驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景．因此，要在夯實教材試驗的基礎(chǔ)上留意遷移和創(chuàng)新實力的培育，擅長用教材中試驗的原理、方法和技巧處理新問題．2．情景拓展3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力獲得加速度．(2)速度的測量方法：由打點紙帶求速度→測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt，由v＝eq\f(d,Δt)求速度．(3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度，由速度位移關(guān)系式求加速度．類型1試驗情景創(chuàng)新例2(2024·全國卷Ⅱ·22)某同學(xué)探討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．運用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器．圖7試驗步驟如下：①如圖7(a)，將光電門固定在斜面下端旁邊，將一擋光片安裝在滑塊上，登記擋光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止起先下滑；②當(dāng)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\x\to(v)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\x\to(v)；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，令滑塊由靜止起先下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；⑥利用試驗中得到的數(shù)據(jù)作出eq\x\to(v)－Δt圖，如圖(c)所示．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(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小，則eq\x\to(v)與vA、a和Δt的關(guān)系式為eq\x\to(v)＝________.(2)由圖(c)可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)答案(1)vA＋eq\f(1,2)aΔt(2)52.116.6解析(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門的速度為v，則由速度時間關(guān)系可知：v＝vA＋aΔt，且eq\x\to(v)＝eq\f(vA＋v,2)聯(lián)立解得：eq\x\to(v)＝vA＋eq\f(1,2)aΔt；(2)題圖(c)中圖線與eq\x\to(v)軸的交點為vA，可知vA≈52.1cm/s，圖線的斜率k＝eq\f(1,2)a＝eq\f(53.6－52.4,180－35×10－3)cm/s2≈8.28cm/s2，即a≈16.6cm/s2.[聽課感悟]_________________________________________________________________________________________________________________________________________________變式3(2024·全國卷Ⅲ·22)甲乙兩位同學(xué)設(shè)計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的試驗．試驗中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)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得必要的信息，在此試驗中還必需運用的器材是________．(填正確答案標(biāo)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試驗中的運用方法．答：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)試驗中兩同學(xué)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)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解析(3)利用逐差法由公式Δx＝aT2，可得a＝g＝eq\f(Δx,T2)＝9.7m/s2.類型2試驗方法拓展例3(2024·全國卷Ⅲ·22)甲、乙兩同學(xué)通過下面的試驗測量人的反應(yīng)時間．試驗步驟如下：(1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未遇到尺)，打算用手指夾住下落的尺．(2)甲在不通知乙的狀況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時間為________(用L、L1和g表示)．(3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反應(yīng)時間為________s．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(4)寫出一條能提高測量結(jié)果精確程度的建議：___________________________________________________________________________________________________________.答案(2)eq\r(\f(2L－L1,g))(3)0.20(4)多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子解析(2)依據(jù)自由落體運動的規(guī)律，得L－L1＝eq\f(1,2)gt2，解得t＝eq\r(\f(2L－L1,g)).(3)將g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝eq\r(\f(2L－L1,g))得t＝0.20s.(4)建議：多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子．[聽課感悟]___________________________________________________________________________________________________________