物理高考備考講義第一章運(yùn)動(dòng)的描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一

實(shí)驗(yàn)一速度隨時(shí)間變化的規(guī)律1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；(2)會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度、加速度；(3)會(huì)利用紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并能畫(huà)出小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象，會(huì)根據(jù)圖象求加速度．2．實(shí)驗(yàn)原理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是測(cè)量時(shí)間的儀器，通過(guò)紙帶記錄了物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器，如圖1甲、乙所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是50Hz的交變電流，每隔0.02s打一次點(diǎn)；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電壓是4～6_V交流電源，電火花計(jì)時(shí)器使用的是220_V交流電源．圖13．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、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫(xiě)紙．4．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照如圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端，接好電源；圖2(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；(3)把小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車；(4)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，取下紙帶；(5)換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析．5．注意事項(xiàng)(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長(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(kāi)電源，后取紙帶．(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)，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞．cm的紙帶上清楚地選取6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜．6．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)目的通過(guò)紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等．(2)方法①分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)——測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T)④利用速度—時(shí)間圖象求加速度a．作出速度—時(shí)間圖象，通過(guò)圖象的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度．7．依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1)x1、x2、x3…xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離．(2)Δx是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔里的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2….(3)T是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T＝0.02n(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù))．(4)Δx＝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．命題點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例1(2017·全國(guó)卷Ⅰ·22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間．實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖3(a)所示．實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置．(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)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(yùn)動(dòng)的．(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)．小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_(kāi)_______m/s，加速度大小為_(kāi)_______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(yùn)動(dòng)，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)．(2)已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，所以相鄰兩水滴間的時(shí)間間隔為T(mén)＝eq\f(30,45)s＝eq\f(2,3)s，所以A點(diǎn)位置的速度為vA＝eq\f(0.117＋0.133,2×\f(2,3))m/s≈0.19m/s.根據(jù)逐差法可求加速度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.命題點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2如圖4所示，是某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的表示小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的頻率f＝50Hz，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.圖4(1)下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、F時(shí)小車的瞬時(shí)速度，請(qǐng)?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D、E兩點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)位置BCDEF速度(m·s－1)0.7370.8010.994(2)以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖5中畫(huà)出小車的速度—時(shí)間圖線．圖5(3)根據(jù)你畫(huà)出的小車的速度—時(shí)間圖線計(jì)算出小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝49Hz，而做實(shí)驗(yàn)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(cè)量值比實(shí)際值偏________．(選填“大”或“小”)答案(1)0.8640.928(2)如圖所示(3)0.64(4)大命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新從原理遷移和數(shù)據(jù)處理技巧上進(jìn)行創(chuàng)新1．復(fù)習(xí)啟示高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景．因此，要在夯實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)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(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度．(2)速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度→測(cè)定遮光片的寬度d和遮光片通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間Δt，由v＝eq\f(d,Δt)求速度．(3)加速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的瞬時(shí)速度，由速度位移關(guān)系式求加速度．例3(2018·如東縣質(zhì)量檢測(cè))如圖6所示，某同學(xué)使用有透光狹縫的鋼條和光電計(jì)時(shí)器測(cè)量重力加速度．在鋼條下落過(guò)程中，鋼條擋住光源發(fā)出的光時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，透光時(shí)停止計(jì)時(shí)；再次擋光，計(jì)時(shí)器將重新從零開(kāi)始計(jì)時(shí)．實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)將鋼條豎直置于一定高度(下端A高于光控開(kāi)關(guān))，由靜止釋放，測(cè)得先后兩段的擋光時(shí)間分別為t1和t2.圖6(1)用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量鋼條上AB和AC的長(zhǎng)度．若測(cè)量AB時(shí)游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖7所示，則其長(zhǎng)度值為_(kāi)_______mm.圖7(2)AB和AC的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，若不計(jì)狹縫寬度，在BC擋光時(shí)間段，鋼條下落的平均速度是________，若鋼條做自由落體運(yùn)動(dòng)，則重力加速度g＝________.(3)鋼條下落過(guò)程中受到空氣阻力作用，這將使測(cè)量結(jié)果________(選填“大于”或“小于”)真實(shí)值．在數(shù)據(jù)處理正確的情況下，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)利用(2)中加速度公式得到的結(jié)果大于真實(shí)值，其原因是______________________________________________________________．答案(1)74.3(2)eq\f(L2－L1,t2)eq\f(2,t2)(eq\f(L2,t1＋t2)－eq\f(L1,t1))或eq\f(2,t1＋t2)(eq\f(L2－L1,t2)－eq\f(L1,t1))(3)小于未計(jì)狹縫寬度的影響解析(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，AB的長(zhǎng)度值為74mm＋3×0.1mm＝74.3mm.(2)在BC擋光時(shí)間段，鋼條下落的平均速度是v1＝eq\f(L2－L1,t2).在AB擋光時(shí)間段，鋼條下落的平均速度是v2＝eq\f(L1,t1).若鋼條做自由落體運(yùn)動(dòng)，則有v1－v2＝g(eq\f(t1,2)＋eq\f(t2,2))，聯(lián)立解得重力加速度g＝eq\f(2,t2)(eq\f(L2,t1＋t2)－eq\f(L1,t1))或g＝eq\f(2,t1＋t2)(eq\f(L2－L1,t2)－eq\f(L1,t1))．(3)鋼條下落過(guò)程中受到空氣阻力作用，這將使測(cè)量結(jié)果小于真實(shí)值．在數(shù)據(jù)處理正常的情況下，該同學(xué)利用(2)中加速度公式得到的結(jié)果大于真實(shí)值，其原因是未計(jì)狹縫寬度的影響．1．在暗室中用如圖8所示裝置做“測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀．具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖8①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會(huì)以一定的頻率一滴滴地落下．②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動(dòng)的水滴．③用豎直放置的米尺測(cè)得各個(gè)水滴所對(duì)應(yīng)的刻度．④采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．(1)實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動(dòng)的水滴時(shí)，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是________________________________________________________________________．(2)實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動(dòng)”時(shí)的閃光頻率為30Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠(yuǎn)的水滴到第一個(gè)水滴的距離如圖9所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝______m/s2；第8個(gè)水滴此時(shí)的速度v8＝______m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字)圖9(3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：________________________________________________________________________________________________________.答案(1)頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率(2)9.722.27(3)存在空氣阻力(或水滴滴落的頻率變化)解析(1)實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動(dòng)的水滴時(shí)，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率．(2)由Δx＝gT2和逐差法解得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.72m/s2，由中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段位移的平均速度可得，第8個(gè)水滴的速度v8≈2.27m/s.(3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有：存在空氣阻力、水滴滴落的頻率變化等．2．(2018·啟東中學(xué)模擬)某研究性學(xué)習(xí)小組用圖10裝置來(lái)測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，主要操作如下：①安裝實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門(mén)和紙杯在同一豎直線上；②打開(kāi)試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門(mén)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，并用刻度尺(圖上未畫(huà)出)測(cè)量出兩個(gè)光電門(mén)之間的高度h，計(jì)算出小鐵球通過(guò)兩光電門(mén)間的平均速度v；③保持光電門(mén)1的位置不變，改變光電門(mén)2的位置，重復(fù)②的操作．測(cè)出多組(h，t)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的平均速度v；④畫(huà)出v－t圖象．圖10請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，回答如下問(wèn)題：(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門(mén)1時(shí)的速度為v0，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過(guò)兩光電門(mén)間平均速度v的表達(dá)式為_(kāi)_______．(用v0、g和t表示)(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(m·s－1)1.451.681.892.052.212.36請(qǐng)?jiān)趫D11坐標(biāo)紙上畫(huà)出v－t圖象．圖11(3)根據(jù)v－t圖象，可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝______m/s2，試管夾到光電門(mén)1的距離約為_(kāi)_____cm.(以上結(jié)果均保留兩位有