2014届高考物理一轮复习考点整合学案：《探究速度随时间的变化规律》

探究速度随时间的变化规律探究速度随时间的变化规律 一 考点整理一 考点整理 实验过程实验过程 1 实验目的 练习正确使用打点计时器 会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度 加速度 会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律 并能画出小车运动的 v t 图 象 根据图象求加速度 2 实验原理 打点计时器是测量 的仪器 通过纸带记录了物体的 过程 打点计 时器有电磁打点计时器和电火花式打点计时 器 如图所示 打点计时器使用的是 50Hz 的 电流 每隔 s 打一次点 电磁打点计时器使用的电压是 电源 电 火花计时器使用的是 电源 3 实验过程 实验器材 计时器 一端附有滑轮的长木板 小车 纸带 细绳 钩码 刻度尺 导线 电源 注 使用电磁打点计时器时还需要复写纸片 实验步骤 按图示实验装置图组装实验器材 注 计时器固定在长 木板 的一端 接好电源 但开关要 把一细线系在 小车上 细线绕过定滑轮 下端挂合适的钩码 纸带穿过打点计时器 固定在小车后面 把小车停靠在 处 接通电源 放开 小车 小车运动一段时间后 断开电源 取下纸带 换纸带重复 做几次 选择一条比较理想的纸带进行测量分析 数据处理 选择适当的点做计时起点 用笔在纸带标出计数点 用刻度尺测 量出各计数点到起点的距离 计算各计数点的瞬时速度 填入表格 作速度 时间 v t 图像 由速度图像探究小车速度随时间变化的规律 并求出 4 实验注意事项 平行 纸带和细绳要和 平行 两先两后 实验中应先 后让 实验完毕应先 后 防止碰撞 在到达长 木板末端前应让小车停止运动 要防止钩码落地和小车与滑轮相撞 减小误差 小 车的加速度要适当 些 可以减小 的测量误差 加速度大小以能在约 50 cm 的纸带上清楚地取出 6 7 个计数点为宜 二 思考与练习二 思考与练习 思维启动思维启动 1 实验室利用打点计时器研究小滑块做减速运 动时的运动情况 打出如图所示的纸带 打 点计时器接在频率为 50 Hz 的交流电源上 请回答下列问题 纸带的 填 A 或 B 端与小滑块相连 纸带上 AB 段运动的时间为 根据纸带请判断该滑块的运动属于 填 匀速 或 匀减速 直线运动 从纸带可以测出 A B 两点间的距离为 滑块的加速度大小为 计算结果保留三位有效数字 2 某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运 动 实验步骤如下 A 安装好实验器材 B 让小车拖着纸带运动 打点计时器在纸带上打 下一系列小点 重复几次 选出一条点迹比较清晰的纸带 从便于测量的点开始 每五个点取一个计数点 如图乙中 a b c d 等点 C 测出 s1 s2 s3 结合上述实验步骤 请你继续完成下列任务 实验中 除打点计时器 含纸带 复写纸 小车 一端附有滑轮的长木板 细绳 钩码 导线及开关外 在下列的仪器和器材中 必须使用的有 填选项代 号 A 电压合适的 50 Hz 交流电源 B 电压可调的直流电源 C 秒表 D 刻度尺 E 天平 F 重锤 G 弹簧秤 H 滑动变阻器 如果小车做匀加速运动 所得纸带如图乙所示 则 s1 s2 s3的关系是 已知打点计时器打点的时间间隔是 t 则打 c 点时小车的速度大小是 三 考点分类探讨三 考点分类探讨 典型问题典型问题 考点 1 刻度尺的读数 例 1 如图所示 用毫米刻度尺测量纸带中的计数点 0 1 之 间的距离为 mm 0 2 之间的距离为 mm 2 3 之间的距离为 mm 变式跟踪 1 图是 研究匀变速直线运动 实验中获得的一条纸带 O A B C D 和 E 为纸带上六个计数点 加速度大小用 a 表示 OD 间的距离为 cm 图示是根据实验数据绘出的 x t2图线 x 为各计数点 至同一起点的距离 斜率表示 其大小为 m s2 保留三位有效数字 考点 2 用 纸带法 测速度 加速度 例 2 某同学利用图所示的实验装置 探究物块在水平桌面 上的运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落 地后 物块再运动一段距离停在桌面上 尚未到达滑轮处 从纸 带上便于测量的点开始 每 5 个点取 1 个计数点 相邻计数点间 的距离如图所示 打点计时器电源的频率为 50 Hz 通过分析纸带数据 可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速 计数点 5 对应的速度大小为 m s 计数点 6 对应的速度大小为 m s 保留三位有效数 字 物块减速运动过程中加速度的大小为 a m s2 变式跟踪 2 在研究某小车运动状态的实验中 如图所 示为一次记录小车运动情况的纸带 图中 A B C D 为依次打下的相邻的计数点 且相邻计 数点间的时间间隔 T 0 1 s 由纸带可以判定小车做 运动 因为 根据纸带可以计算 C 点的瞬时速度 vC m s 根据纸带可以计算出该小车的加速度大小为 a m s2 四 考题再练四 考题再练 高考试题高考试题 1 2013 广东高考 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图 a 所示其中斜面倾角 可调 打点计时器的工 s1s2 s3s4 s5 s6 a b 作频率为 50Hz 纸带上计数点的间距如图 b 所示 其中每相邻两点之间还有 4 个记 录点未画出 部分实验步骤如下 A 测量完毕 关闭电源 取出纸带 B 接通电源 待打点计时器工作稳定后放开小车 C 将小车停靠在打点计时器附近 小车尾部与纸带相连 D 把打点计时器固定在平板上 让纸穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是 用字母填写 图 b 中标出的相邻两计数点的时间间隔 T s 计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v5 为了充分利用记 录数据 减小误差 小车加速度大小的计算式应为 a 预测 1 物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩 擦因数 实验装置如图甲所示 打点计时器固定在斜面上 滑 块拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下 图乙是打出的纸 带的一段 已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz 选 A B C D E F G 等 7 个点为计数点 且各计数点 间均有一个点没有画出 滑块下滑的加速度 a m s2 为测量动摩擦因数 下列物理量中还应测量的有 填入所选物理量前的字 母 A 木板的长度 L B 木板的末端被垫起的高度 h C 木板的质量 m1 D 滑块的质量 m2 E 滑块运动的时间 t 测量第 问中所选定的物理量需要的实验器材是 滑块与木板间的动摩擦因数 用所测物理量表示 重力加速度为 g 与真实值相比 测量的动摩擦因数 填 偏大 或 偏小 写出支 持你看法的一个论据 2 2013 江苏高考江苏高考 某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度 实验装置如图所示 倾 斜的球槽中放有若干个小铁球 闭合开关 K 电磁铁吸住第 1 个小球 手动敲击弹性 金属片 M M 与触头瞬间分开 第 1 个小球开始下落 M 迅速恢复 电磁铁又吸住 第 2 个小球 当第 1 个小球撞击 M 时 M 与触头分开 第 2 个小球开始下落 这样 就可测出多个小球下落的总时间 在实验中 下列做法正确的有 A 电路中的电源只能选用交流电源 B 实验前应将 M 调整到电磁铁的正下方 C 用直尺测量电磁铁下端到 M 的竖直距离作为小球下落的高度 D 手动敲击 M 的同时按下秒表开始计时 实验测得小球下落的高度 H 1 980m 10 个小球下落的总时间 T 6 5 s 可求出重 力加速度 g m s2 结果保留两位有效数字 在不增加实验器材的情况下 请提出减小实验误差的两个办 法 某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间 t 磁性才消失 因此 每个小球的实际 下落时间与它的测量时间相差 t 这导致实验误差 为此 他分别取高度 H1和 H2 测量 n 个小球下落的总时间 T1 和 T2 他是否可以利用这两组数据消除 t 对 实验结果的影响 请推导说明 预测 2 在暗室中用如图所示的装置做 测定重力加速度 的实验 实验器 材有 支架 漏斗 橡皮管 尖嘴玻璃管 螺丝夹子 接水铝盒 一根 荧光刻度的米尺 频闪仪 具体实验步骤如下 在漏斗内盛满清水 旋松螺丝夹子 水滴会以一定的频率一滴滴地落 下 用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮 由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次 看到一串仿佛固定不动的水滴 用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度 采集数据进行处理 实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时 频闪仪的闪光频率满足的条件是 实验中观察到水滴 固定不动 时的闪光频率为 30 Hz 某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水 滴的距离如图所示 根据数据测得当地重力加速度 g m s2 第 8 个水滴此时的速度 v8 m s 结果都保留三位有效数字 该实验存在的系统误差可能有 答出一条即可 五 课堂演练五 课堂演练 自我提升自我提升 1 如图甲所示 小车放在斜面上 车前端拴有不可伸长的细线 跨过固定在斜 面边缘的小滑轮与重物相连 小车后面与打点计时器的纸带相连 起初小车 停在靠近打点计时器的位置 重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离 启 动打点计时器 释放重物 小车在重物的牵引下 由静止开始沿斜面向上运 动 重物落地后 小车会继续向上运动一段 距离 打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz 图乙中 a b c 是纸带上的三段 纸带运 动方向如箭头所示 根据所提供纸带上的数据 计算打 c 段纸 带时小车的加速度大小为 m s2 结果保留两位有效数字 打 a 段纸带时 小车的加速度是 2 5 m s2 请根据加速度的情况 判断小车运动的最 大速度可能出现在 b 段纸带中的 段内 2 一小球在桌面上做匀加速直线运动 现用高速摄影机 在同一底片上多次曝光 记录下小球运动过程中在每 次曝光时的位置 并将小球的位置编号 得到的照片如图所示 由于底片保管不当 其 中位置 4 处被污损 若已知摄影机连续两次曝光的时间间隔均为 1s 则利用该照片可 求出 小球运动的加速度约为 m s2 位置 4 对应的速度为 m s 能求出 4 的具体位置吗 填 能 或 不能 求解方法是 不要求计算 但要说明过程 3 在做 研究匀变速直线运动 的实验时 某同学得到一条用电火花计 时器打下的纸带如图所示 并在其上取了 A B C D E F G 7 个计数点 每相邻两个计数点间还有 4 个点图中没有画出 电火花计 时器接 220 V 50 Hz 交流电源 设电火花计时器的周期为 T 计算 F 点的瞬时速度 vF的公式为 vF 他经过测量并计算得到电火花计时器在打 B C D E F 各点时物 体的瞬时速度如下表 以 A 点对应的时刻为 t 0 试在图所示坐标 系中合理地选择标度 作出 v t 图象 并利用该图象求出物体的加 速度 a m s2 如果当时电网中交变电流的电压变成 210 V 而做实验的同学并不 知道 那么加速度的测量值与实际值相比 参考答案 一 考点整理一 考点整理 实验过程实验过程 2 时间 运动 交变 0 02 4 6V 交变 220V 交变 3 无滑轮 断开 打点计时器 加速度 4 木板 接通电源 小车运动 断开电源 取纸带 大 长度 二 思考与练习二 思考与练习 思维启动思维启动 1 答案 B 0 08 s 匀减速 9 20 cm 5 00 m s2 解析 小滑块做减速运动 从纸带上计时点的分布看出 从左向右 相邻计时点之 间的距离越来越大 因此纸带的 B 端与小滑块相连 纸带上 AB 段运动的时间为 4 T 4 0 02 s 0 08 s 从左向右纸带上相邻两计时点的距离之差分别为 x1 5 20 3 00 cm 3 00 1 00 cm 0 20 cm x2 7 60 5 20 cm 5 20 3 00 cm 0 20 cm x3 10 20 7 60 cm 7 60 5 20 cm 0 20 cm 显然 x1 x2 x3 因 此该滑块做匀减速直线运动 纸带上 A B 两点之间的距离为 xAB 10 20 1 00 cm 9 20 cm 由公式 x aT2得滑块运动的加速度大小 a m s2 5 00 m s2 x T2 0 2 10 2 0 022 2 AD 因小车做匀加速直线运动 所以 s3 s2 s2 s1 c 点是 bd 段的时间中点 则 c 点的瞬时速度等于该段的平均速度 vc s2 s1 10t 对应点BCDEF 速度 m s 10 1410 1800 2180 2620 301 三 考点分类探讨三 考点分类探讨 典型问题典型问题 例 1 答案 8 9 9 0 也可 19 5 12 5 解析 毫米刻度尺的最小刻度为 1 mm 读数时要估读到毫米的下一位 计数点 0 1 之间的距离为 8 9 mm 9 0 mm 也可 若读成 8 90 mm 或 9 mm 都是错误的 0 2 之间的距离为 19 5 mm 2 3 之间的距离为 12 5 mm 32 0 mm 19 5 mm 变式 1 答案 1 20 加速度的一半 0 933 解析 1 cm 1 mm 2 0 1 20 cm 加速度的一半 a m s2 1 2 2 8 0 10 2 0 06 0 0 467 m s2 所以加速度大小 a 0 933 m s2 例 2 答案 6 7 或 7 6 1 00 1 20 2 00 解析 从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差 x 2 00 cm 在 6 7 计数 点间的位移比 5 6 之间增加了 12 28 11 01 cm 1 27 cm 2 00 cm 因此 开始减速的时刻在计数点 6 和 7 之间 计数点 5 对应的速度大小为 v5 x4 x5 2T 9 00 11 00 10 2 2 0 1m s 1 00 m s 计数点 4 对应的速度大小为 v4 x3 x4 2T 7 01 9 00 10 2 2 0 1m s 0 80 m s 根据 v5 v4 v6 2 得计数点 6 对应 的速度大小为 v6 2v5 v4 2 1 00 0 80 m s 1 20 m s 物块在计数点 7 到 11 之间做减速运动 根据 x aT2得 x9 x7 2a1T2 x10 x8 2a2T2 故 a a1 a2 2 x9 x10 x8 x7 2 2T2 2 00 m s2 变式 2 答案 匀加速直线 小车在连续相等的时间间隔内的相邻位移之差恒定 4 4 12 解析 由纸带分析可得小车在连续相等的时间间隔内的相邻位移之差恒定 所以小车 做匀加速直线运动 vC BC CD 2T 4 4 m s a CD BC T2 12 m s2 四 考题再练四 考题再练 高考试题高考试题 1 DCBA 0 1 s4 s3 2T s4 s5 s6 s3 s2 s1 9T2 预测 1 答案 3 00 AB 刻度尺 偏大 见解析 gh aL g L2 h2 解析 纸带上可用数据为六个 为充分利用 减小误差 数据处理方法采用逐差法 a x4 x5 x6 x1 x2 x3 9T2 且由 各计数点间均有一个点没有画出 得 出 T 0 04 s 代入有 a 6 71 7 21 7 70 5 29 5 76 6 25 9 0 04 2 10 2 m s2 3 00 m s2 为间接测量动摩擦因数 需找出 与 a 的关系 由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma 式中 为木板的倾角 由几何关系 sin h L cos L 代入有 gh aL g 故还应测的物理量有 h L 22 hL 22 hL 测量工具为刻度尺 测量时忽略了空气阻力或纸带受到的摩擦力等 故测出的动摩 擦因数值偏大 由 知 gh aL g与真实值相比 测量值偏大 测量时忽略了纸 22 hL 带与限位孔间的摩擦力或忽略了空气阻力等 写出一个即可 2 答案 BD 9 4 增加小球下落的高度 多次重复实验 结果取平均值 其他答 案只要合理也可 由 H1 g 2和 H2 g 2得 g 因此可 2 1 t n T 1 2 1 t n T 2 2 21 2 21 2 2 TT HHn 以消去 t 的影响 预测 2 答案 频闪仪频率等于水滴滴落的频率 9 72 2 28 存在空气阻力 或水滴滴落的频率变化 解析 当频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时 才能看到空间有一串仿佛固定不 动的水滴 根据图示距离可知 x1 19 30 13 43 cm 5 87 10 2 m x2 26 39 19 30 cm 7 09 10 2 m x3 34 48 26 39 cm 8 09 10 2 m x4 43 67 34 48 cm 9 19 10 2 m 闪光周期