2020版高考物理一轮复习第一章实验一研究匀变速直线运动教案新人教版.docx

实验一研究匀变速直线运动命题点一教材原型实验 用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律主要实验步骤如下：a安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次b选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F所示c通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5d以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母)A电压合适的50 Hz交流电源B电压可调的直流电源C刻度尺D秒表E天平(含砝码)(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出vt图象(3)观察vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_vt图象斜率的物理意义是_(4)描绘vt图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”)【解析】本题考查研究匀变速直线运动规律的实验(1)打点计时器所用电源为50 Hz的交流电源，测量各计数点间距离需用刻度尺(2)图见答案(3)因为小车的速度随时间均匀变化，所以小车做匀加速直线运动由匀加速直线运动中速度vv0at，可知vt图象斜率的物理意义是加速度(4)，若用表示瞬时速度，t越小越好，而选取的x大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小【答案】(1)AC(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关1某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动的小车的运动情况，如图1所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出)，相邻计数点间有4个点迹未画出(打点计时器每隔0.02 s打出一个点)(1)为研究小车的运动，此同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF等各段纸带剪下，将剪下的纸带一端对齐，按顺序贴好，如图2所示简要说明怎样判断此小车是否做匀变速直线运动：各段纸带上方左上角(或上方中点、上方右上角)或各段纸带中点分别在一条直线上，或每段纸带比前一段纸带增加的长度相同(答对一条即可)(2)在图1中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.31 cm、x48.94 cm、x59.57 cm、x610.20 cm，则打下点迹A时，小车运动的速度大小是0.74 m/s，小车运动的加速度大小是0.63 m/s2(计算结果保留两位有效数字)解析：(1)若各段纸带上方左上角、上方中点、上方右上角或各段纸带的中点分别在一条直线上，则说明小车做匀变速直线运动(2)打下点迹A时，小车运动的速度大小等于小车打下O、B两点过程中的平均速度，即vA0.74 m/s.用逐差法计算小车运动的加速度a，代入数据可得a0.63 m/s2.(1)在研究匀变速直线运动的实验中，只需保证小车做匀变速直线运动，与加速度的大小和决定其大小的因素无关，因此没有必要要求小车的质量远大于钩码的质量及平衡摩擦力.(2)为了减小误差，计算加速度时应用逐差法.B点为A、C的中间时刻点，在匀变速直线运动中，中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度命题点二实验拓展创新1情景拓展2改进获取数据的方法(1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度长木板倾斜靠重力获得加速度(2)速度的测量方法：由打点纸带求速度测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间t，由v求速度(3)加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系式求加速度类型1实验情景创新 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2.(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的(2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T s s根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA m/s0.19 m/s.根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a m/s20.037 m/s2.因此加速度的大小为0.037 m/s2.【答案】(1)从右向左(2)0.190.0372(2019福建质检)图甲为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图，滑块上装有宽度为d(很小)的遮光条，滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间t以及遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d0.75 cm.(2)实验时，滑块从光电门1的右侧某处由静止释放，测得t50 ms，则遮光条经过光电门1时的速度v0.15 m/s.(3)保持其他实验条件不变，只调节光电门2的位置，滑块每次都从同一位置由静止释放，记录几组x及其对应的t，作出t图象如图丙，其斜率为k，则滑块加速度的大小a与k的关系可表达为a2k.解析：(1)由游标卡尺的读数规则可知，读数应为d7 mm50.1 mm7.5 mm0.75 cm.(2)由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度等于挡光时间内的平均速度，则v0.15 m/s.(3)滑块由光电门1运动到光电门2的过程中，由位移公式xvtat2，整理得atv，因此可知图象的斜率ka，则加速度a2k.类型2实验方法拓展 某研究性学习小组用图1装置来测定当地重力加速度，主要操作如下：安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复的操作测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度v；画出vt图象请根据实验，回答如下问题：(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g.则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为_(用v0、g和t表示)(2)实验测得的数据如下表：实验次数123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(ms1)1.451.681.892.052.212.36请在图2坐标纸上画出vt图象(3)根据vt图象，可以求得当地重力加速度g_m/s2，试管夹到光电门1的距离约为_cm.(以上结果均保留两位有效数字)【解析】(1)根据匀变速直线运动的规律：一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得vv0gt.(2)描点画图，如图所示(3)根据vv0gt可知vt图象的斜率k，解得g9.7 m/s2；图象与纵轴的截距为小球经过光电门1时的速度v0，约为1.12 m/s，根据v2gh得h6.5 cm.【答案】(1)vv0gt(2)见解析图(3)9.7(9.59.9均可)6.5(6.36.7均可)(1)研究匀变速直线运动，除了课本基本方法之外，常用方法还有落体法、滴水法及闪光照片来研究.(2)对于创新性实验，弄清实验原理是解题关键.1某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度：(1)电火花计时器的工作电压为交流220 V，频率为50 Hz.(2)打出的纸带如图乙所示，实验时纸带的乙(填“甲”或“乙”)端和重物相连接(3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为9.4 m/s2.解析：(1)交流220 V,50 Hz.(2)开始打点时，速度小，点距近，故乙端与重物相连接(3)x23x785aT2，a m/s29.4 m/s2.2现用频闪照相方法来研究物块的变速运动在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示重力加速度大小取g9.80 m/s2.单位：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度a4.30 m/s2(保留3位有效数字)(2)因为物块加速度小于g5.88 m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)，可知斜面是粗糙的解析：(1)根据逐差法求出加速度a4.30 m/s2.(2)根据牛顿第二定律，物块沿光滑斜面下滑的加速度agsing5.88 m/s2，由于aa，可知斜面是粗糙的3物理小组的同学用如图1所示的实验器材测定重力加速度，实验器材有：底座，带有标尺的竖直杆，光电门1和光电门2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小球释放点)，小球释放器(可使小球无初速度释放)，网兜实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h.(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图2所示，则小球直径为1.170 cm.(2)改变光电门1的位置，并保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v2，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v2四个物理量之间的关系为hv2tgt2.(3)根据实验数据作出t图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为2k.解析：(1)游标卡尺的读数为d11 mm14 mm11.70 mm1.170 cm.(2)小球经过光电门2的速度为v2，则开始释放到经过光电门2的时间t0，从开始释放到经过光电门1的时间t1t0tt，可得经过光电门1的速度v1gt1v2gt.根据匀变速直线运动规律可得htv2tgt2.(3)根据hv2tgt2得，v2gt，故t图线斜率的绝对值kg，重力加速度大小g2k.4利用自由落体运动可测量重力加速度某同学利用如图所示的实验装置进行了实验，图中的M为可恢复弹簧片，M与触头接触，开始实验时需要手动敲击M断开电路，使电磁铁失去磁性释放第一个小球，小球撞击M时电路断开，下一个小球被释放(1)为完成实验，除图示装置提供的器材外还需要的器材有刻度尺和秒表(2)用图中所示的实验装置做实验，测得小球开始下落的位置与M的高度差为120.00 cm，手动敲击M的同时开始计时，到第80个小球撞击M时测得总时间为40.0 s，可求得重力加速度g9.6 m/s2(结果保留两位有效数字)(3)若该同学测得的重力加速度偏小，可能的原因是AC.A手动敲击M时提前计时B手动敲击M时延后计时C记录撞击M的小球个数时少数了一个D记录撞击M的小球个数时多数了一个解析：(1)由hgt2知，需要用刻度尺测量小球开始下落的位置与M的高度差h，用秒表测量时间(2)一个小球自由下落的时间t s0.50 s，g m/s29.6 m/s2.(3)手动敲击M时提前计时或记录撞击M的小球个数时少数一个都会增加自由下落的时间t，使根据g算出的g值偏小5利用如图甲所示的装置可以研究匀变速直线运动的规律将质量为m1的物块1与质量为m2的物块2(m1m2)通过轻绳悬挂在定滑轮上，打点计时器(用频率为50 Hz的交流电)固定在竖直方向上，物块1与穿过打点计时器的纸带相连接开始时托住物块2使两物块均处于静止状态，之后将物块2自由释放图乙所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，O是打点计时器打下的第一个点，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出(1)相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s；(2)实验时要在接通打点计时器电源之后释放物块2(填“前”或“后”)；(3)将各计数点至O点的距离依次记为h1、h2、h3、h4，测得h21.60 cm，h46.40 cm，则打点计时器打下C点时物块的速度大小为0.24 m/s；(4)根据测出物块1上升的高度h与相应的时间t，描绘出如图丙所示的ht2图线，由此可以求出物块的加速度大小为0.8 m/s2.解析：(1)相邻两计数点之间的时间间隔T0.025 s0.1 s(2)实验时要先接通打点计时器的电源，后释放物块(3)C点的瞬时速度为BD段的平均速度，vC m/s0.24 m/s.(4)根据运动学公式hat2，因此ht2图线的斜率k，故a2k2 m/s20.8 m/s2.6某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器实验步骤如下：如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近，将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t；用s表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示，表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小，求出；将另一挡光片