2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第一單元運(yùn)動的描述與勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動學(xué)案新人教版

PAGE9-試驗(yàn)一探討勻變速直線運(yùn)動[試驗(yàn)?zāi)康腯1．練習(xí)正確運(yùn)用打點(diǎn)計時器，學(xué)會利用打點(diǎn)紙帶探討物體的運(yùn)動．2．駕馭推斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法Δx＝aT2.3．駕馭運(yùn)用速度—時間圖象求加速度的方法．4．駕馭運(yùn)用逐差法計算勻變速直線運(yùn)動加速度的方法．[試驗(yàn)器材]電火花計時器或電磁打點(diǎn)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．[試驗(yàn)過程]1．儀器安裝：(1)把一端附有滑輪的長木板放在試驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路．(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把它的一端固定在小車的后面．試驗(yàn)裝置如圖所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．2．測量與記錄：(1)把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，再做兩次．(2)從三條紙帶中選擇一條比較志向的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，從后邊便于測量的點(diǎn)起先確定計數(shù)點(diǎn)，為了計算便利和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時間作為時間單位，即計數(shù)點(diǎn)的時間間隔為T＝0.1s．正確運(yùn)用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計的表格中．(3)利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度．(4)增減所掛鉤碼的個數(shù)，再重復(fù)試驗(yàn)兩次．[數(shù)據(jù)處理]1．勻變速直線運(yùn)動的推斷：(1)若物體在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移之差Δx為一恒量，即Δx＝aT2，則物體做勻變速直線運(yùn)動．(2)利用“平均速度法”確定多個點(diǎn)的瞬時速度，作出物體運(yùn)動的v-t圖象，若圖象是一條傾斜的直線，則物體做勻變速直線運(yùn)動．2．由紙帶計算某點(diǎn)的瞬時速度：依據(jù)勻變速直線運(yùn)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vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)來計算．3．利用紙帶求物體加速度的方法：(1)逐差法：依據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔)，求出a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，即為物體的加速度．(2)分段法：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.(3)圖象法：利用vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)求出打各點(diǎn)時紙帶的瞬時速度，然后作出v-t圖象，用v-t圖象的斜率求物體運(yùn)動的加速度．[留意事項]1．平行：紙帶和細(xì)繩要和木板平行．2．兩先兩后：試驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動；試驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶．3．防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞．4．紙帶選?。哼x擇一條點(diǎn)跡清楚的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(diǎn)．5．精確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避開所描點(diǎn)過密或過疏而導(dǎo)致誤差過大)，細(xì)致描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線，讓各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)勻稱分布在直線的兩側(cè)．命題點(diǎn)1教材原型試驗(yàn)?zāi)惩瑢W(xué)利用圖示裝置探討小車的勻變速直線運(yùn)動．(1)試驗(yàn)中，必要的措施是________．A．細(xì)線必需與長木板平行B．先接通電源再釋放小車C．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D．平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他試驗(yàn)時將打點(diǎn)計時器接到頻率為50Hz的溝通電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點(diǎn)如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)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(diǎn)計時器在打B點(diǎn)時小車的速度vB＝________m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)試驗(yàn)時，若細(xì)線與木板不平行，細(xì)線的拉力使小車運(yùn)動過程中與木板間的壓力變更造成摩擦力變更，產(chǎn)生試驗(yàn)誤差，選項A正確；試驗(yàn)時要先接通電源再釋放小車，選項B正確；此試驗(yàn)是探討小車的勻變速直線運(yùn)動，不平衡小車與長木板間的摩擦力和小車的質(zhì)量不遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量時小車仍做勻變速直線運(yùn)動，故選項C、D錯誤．(2)兩點(diǎn)間的時間間隔T＝0.1s；由逐差法可得：a＝eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)＝eq\f(7.64＋6.78＋5.97－5.19－4.41－3.59×10－2,9×0.12)m/s2＝0.80m/s2在勻變速直線運(yùn)動中，某段時間的平均速度等于其中間時刻的瞬時速度，故vB＝eq\x\to(v)AC＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(3.59＋4.41×10－2,2×0.1)m/s＝0.40m/s.【答案】(1)AB(2)0.800.40高分技法速度、加速度的求解方法“平均速度法”求速度即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，如圖所示“逐差法”求加速度即a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高精確度．若為奇數(shù)段，則去掉第一段轉(zhuǎn)化為偶數(shù)段采納上述方法處理“圖象法”求加速度即由“平均速度法”求出多個點(diǎn)的速度，畫出v-t圖象，直線的斜率即表示加速度1．某同學(xué)在做“探討勻變速直線運(yùn)動”的試驗(yàn)時，得到一條用打點(diǎn)計時器打下的紙帶，如圖所示，在其上取了A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有4個計時點(diǎn)(圖中沒有畫出)，打點(diǎn)計時器接周期為T＝0.02s的溝通電源．經(jīng)過測量得：d1＝3.62cm，d2＝9.24cm，d3＝16.85cm，d4＝26.46cm，d5＝38.06cm，d6＝51.67cm.(1)打點(diǎn)計時器在打E點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的速度大小為1.06m/s，加速度大小為2.00m/s(2)假如溝通電源的頻率實(shí)際是f＝49Hz，而做試驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值大于(填“大于”“等于”或“小于”)實(shí)際值．解析：(1)相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為t＝5T＝0.1s，則vE＝eq\f(0.3806－0.1685,2×0.1)m/s＝1.06m/s，依據(jù)Δx＝at2可以求出加速度的大小，解得a＝eq\f(0.5167－0.1685－0.1685,3×0.12)m/s2＝2.00m/s2.(2)假如溝通電的頻率為49Hz<50Hz，那么實(shí)際打點(diǎn)周期變大，相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔t變大，依據(jù)公式Δx＝at2知加速度的實(shí)際值會比測量值?。}點(diǎn)2試驗(yàn)拓展創(chuàng)新題型1試驗(yàn)情境創(chuàng)新某探究小組為了探討小車在桌面上的直線運(yùn)動，用自制“滴水計時器”計量時間．試驗(yàn)前，將該計時器固定在小車旁，如圖甲所示．試驗(yàn)時，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運(yùn)動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的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)(1)由圖乙可知，小車在桌面上是__________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動的．(2)該小組同學(xué)依據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)推斷出小車做勻變速運(yùn)動．小車運(yùn)動到圖乙中A點(diǎn)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2位有效數(shù)字)【解析】(1)輕推小車后，小車在桌面上做減速運(yùn)動，桌面上“水滴”的間距應(yīng)漸漸減小，小車的運(yùn)動方向是從右向左．(2)相鄰兩水滴的時間間隔為t＝eq\f(30,45)s＝eq\f(2,3)s，小車運(yùn)動到A位置時速度大小為vA＝eq\f(x3＋x2,2t)＝eq\f(117＋133×10－3,2×\f(2,3))m/s＝0.1875m/s≈0.19m/s；小車運(yùn)動的加速度大小為a＝eq\f(|x5＋x4－x2＋x1|,6t2)≈0.038m/s2.【答案】(1)從右向左(2)0.190.038高分技法試驗(yàn)情境創(chuàng)新指變更試驗(yàn)器材或試驗(yàn)裝置，但不變更速度、加速度的測量方法，本質(zhì)仍屬于“紙帶類”試驗(yàn)．如圖2．某同學(xué)用圖(a)所示的試驗(yàn)裝置測定重力加速度，其中打點(diǎn)計時器的電源為溝通電源，頻率為50Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示，相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔都為t.(1)本試驗(yàn)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必需運(yùn)用的器材是AB.(填器材前面的代號)A．溝通電源B．刻度尺C．天平(含砝碼)(2)若運(yùn)用x1和x3兩組數(shù)據(jù)來計算重力加速度，則表達(dá)式為g＝eq\f(x3－x1,2t2).(3)已測得x1＝6.60cm，x2＝8.15cm，x3＝9.72cm，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮〖s為9.8m/s2，由此可推算出所選紙帶相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔t＝0.04s，試驗(yàn)測得的重力加速度為9.75m/s2解析：(1)測定重力加速度，不須要測量物體的質(zhì)量，則不須要天平，因?yàn)轫氁螯c(diǎn)計時器，則須要溝通電源，須要刻度尺測量點(diǎn)跡間的距離，故選A、B.(2)依據(jù)x3－x1＝2gt2，得重力加速度g＝eq\f(x3－x1,2t2).(3)依據(jù)x3－x1＝2gt2得：t＝eq\r(\f(x3－x1,2g))＝eq\r(\f(9.72－6.60×10－2,2×9.8))s≈0.04s.由(2)知，g＝eq\f(x3－x1,2t2)＝eq\f(9.72－6.60×10－2,2×0.042)m/s2＝9.75m/s2.題型2試驗(yàn)原理創(chuàng)新某同學(xué)探討在固定斜面上運(yùn)動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系．運(yùn)用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器．試驗(yàn)步驟如下：①如圖甲，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(yùn)動方向的長度(如圖乙所示)，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(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出eq\x\to(v)-Δt圖，如圖丙所示．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)由圖丙可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)【解析】(1)由題知擋光片沿運(yùn)動方向的長度為Δs，則Δs＝eq\x\to(v)Δt，據(jù)Δs＝eq\x\to(v)Δt＝vAΔt＋eq\f(1,2)aΔt2，可得eq\x\to(v)＝vA＋eq\f(1,2)aΔt.(2)將圖丙直線延長與縱軸相交，可得vA＝52.1cm/s，a＝2k＝16.7cm/s2.【答案】(1)vA＋eq\f(1,2)aΔt(2)52.116.7高分技法試驗(yàn)原理創(chuàng)新變更試驗(yàn)器材和裝置，并變更測量速度和加速度的方法．如圖案例裝置圖共性利用連接體使滑塊做勻變速直線運(yùn)動①若知道物體通過光電門的時間Δt.可用v＝eq\f(d,Δt)求出物體通過光電門的瞬時速度②若知道物體在兩光電門間的運(yùn)動時間或者運(yùn)動距離，可以求得物體運(yùn)動的加速度③利用eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at，作出eq\f(x,t)－t圖線，可由k＝eq\f(a,2)確定加速度a的大小利用斜面使滑塊做勻加速直線運(yùn)動利用落體法使小球做勻加速直線運(yùn)動3．物理小組的同學(xué)用如圖1所示的試驗(yàn)器材測定重力加速度，試驗(yàn)器材有：底座，帶有標(biāo)尺的豎直桿，光電門1和光電門2組成的光電計時器(其中光電門1更靠近小球釋放點(diǎn))，小球釋放器(可使小球無初速度釋放)，網(wǎng)兜．試驗(yàn)時可用光電計時器測量小球從光電門1運(yùn)動至光電門2的時間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)運(yùn)用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖2所示，則小球直徑為1.170cm(2)變更光電門1的位置，并保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過光電門2的速度為v2，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v2四個物理量之間的關(guān)系為h＝v2t－eq\f(1,2)gt2.(3)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的肯定值為k，依據(jù)圖線可求出重力加速度大小為2k.解析：(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝11mm＋1