2019_2020學(xué)年高中物理第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究專題強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律學(xué)案新人教版.docx

專題強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求科學(xué)探究：1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.會(huì)根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)利用平均速度公式求瞬時(shí)速度.3.會(huì)利用圖象法或逐差法求加速度一、實(shí)驗(yàn)原理圖11利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法如圖1所示，沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間間隔T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4xn，若xx2x1x3x2x4x3xnxn1，則說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且xaT2.2測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的方法(1)圖象法先根據(jù)“平均速度”法求出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度vn.作vt圖象，求出圖象的斜率即物體的加速度(2)利用位移差公式xn1xnaT2得a，其中T為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔逐差法a1，a2，a3，a.若紙帶上選出多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可用逐差法求加速度二、實(shí)驗(yàn)器材(以小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)為例)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙、細(xì)鉛筆、刻度尺三、注意事項(xiàng)1開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器2先啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí)要及時(shí)斷開電源3要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即交流電源頻率為50Hz時(shí)，時(shí)間間隔為T0.025s0.1s.4描點(diǎn)時(shí)最好用坐標(biāo)紙，在縱、橫坐標(biāo)軸上選取合適的單位，用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)四、誤差和有效數(shù)字1誤差：測(cè)量值跟被測(cè)物理量的真實(shí)值之間的差異叫做誤差誤差按產(chǎn)生原因可分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差(1)偶然誤差產(chǎn)生原因：由偶然因素造成的特點(diǎn)：多次重復(fù)同一測(cè)量時(shí)，偏大和偏小的機(jī)會(huì)比較接近減小偶然誤差的方法：取平均值(2)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：由儀器結(jié)構(gòu)缺陷、實(shí)驗(yàn)方法不完善造成的特點(diǎn)：多次重復(fù)測(cè)量的結(jié)果總是大于(或小于)被測(cè)量的真實(shí)值減小系統(tǒng)誤差的方法：校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，完善實(shí)驗(yàn)原理2絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差(1)絕對(duì)誤差：測(cè)量值和真實(shí)值之差(2)相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與測(cè)量值之比3有效數(shù)字(1)定義：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫做有效數(shù)字(2)運(yùn)算結(jié)果一般用兩位或三位有效數(shù)字表示.一、應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律處理紙帶問(wèn)題例1如圖2所示是某同學(xué)測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，圖中注明了他對(duì)各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測(cè)量結(jié)果所接電源是頻率為50Hz的交流電圖2(1)為了驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)進(jìn)行下列計(jì)算，并填入下表內(nèi)(單位：cm)x2x1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.57由此可以得出結(jié)論：小車的運(yùn)動(dòng)是_(2)兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t_s.(3)小車的加速度的計(jì)算式a_，加速度a_m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(4)計(jì)算打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車的速度vB_m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案見解析解析(1)數(shù)據(jù)如表所示.x2x1x3x2x4x3x5x4x6x51.581.571.571.581.58由數(shù)據(jù)表分析可知，在誤差允許范圍內(nèi)相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移差相等，因此可以得出結(jié)論：小車的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)(2)該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接的電源是頻率為50Hz的交流電，紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t5s0.10s.(3)用逐差法來(lái)計(jì)算加速度a，將數(shù)據(jù)代入得加速度的值a102m/s21.57 m/s2.(4)由于小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，因此，打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車的速度等于AC段的平均速度，即vB0.517m/s.二、實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用例2(2017全國(guó)卷)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_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(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)的(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Tss，所以A點(diǎn)位置的速度為vAm/s0.19 m/s.根據(jù)逐差法可得加速度a0.038m/s2，故加速度的大小為0.038 m/s2.針對(duì)訓(xùn)練一個(gè)小球沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，用每隔s曝光一次的頻閃相機(jī)拍攝不同時(shí)刻小球位置的照片，如圖4所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個(gè)小球的像之間的時(shí)間間隔為s，測(cè)得小球在幾個(gè)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移數(shù)據(jù)見下表：圖4x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010.4011.50(1)小球在相鄰的相等時(shí)間內(nèi)的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球的運(yùn)動(dòng)屬于_直線運(yùn)動(dòng)(2)沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的小球在第三個(gè)位置的速度為_m/s，小球的加速度為_m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)相等勻加速(2)0.9851.10解析(1)由表格中的數(shù)據(jù)知，相鄰的相等時(shí)間內(nèi)的位移差為1.1cm，位移差相等，小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(2)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段位移的平均速度，故v3102 m/s0.985 m/s，根據(jù)逐差法xaT2可知a m/s21.10 m/s2.1接在周期為T0.02s低壓交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打出的一條紙帶如圖5所示，圖中所示的是每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)所取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，但第3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)沒(méi)有畫出由圖中的數(shù)據(jù)可求得：圖5(1)該物體的加速度為_m/s2；(2)第3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離為_cm；(3)打第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)該物體的速度約為_m/s.(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)0.74(2)4.36(3)0.40解析(1)設(shè)1、2間的位移為x1,2、3間的位移為x2,3、4間的位移為x3,4、5間的位移為x4；因?yàn)橹芷跒?.02 s，且每打5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，所以每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T0.1 s；由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論xmxn(mn)aT2得：x4x13aT2，代入數(shù)據(jù)解得a0.74m/s2.(2)第3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離即為x2，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：x2x1aT2得：x2x1aT2，代入數(shù)據(jù)得：x20.0436m4.36cm.(3)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，故：v2m/s0.40 m/s.2(2016天津理綜)某同學(xué)利用圖6所示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)圖6(1)實(shí)驗(yàn)中，必須的措施是_A細(xì)線必須與長(zhǎng)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(zhǎng)木板間的摩擦力(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖7所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中未畫出)s13.59cm，s24.41cm，s35.19cm，s45.97cm，s56.78cm，s67.64 cm.則小車的加速度a_m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB_m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖7答案(1)AB(2)0.800.40解析(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行，以減小實(shí)驗(yàn)的誤差，選項(xiàng)A正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源再釋放小車，選項(xiàng)B正確；此實(shí)驗(yàn)中沒(méi)必要使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；此實(shí)驗(yàn)中不需要平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤(2)相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T0.1s，由逐差法可得小車的加速度am/s20.80 m/s2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vBm/s0.40 m/s.1某同學(xué)在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，得到了幾條較為理想的紙帶他已在每條紙帶上按每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s，依打點(diǎn)先后編為0、1、2、3、4、5.由于不小心，幾條紙帶都被撕斷了，如圖1所示請(qǐng)根據(jù)給出的A、B、C、D四段紙帶回答：圖1(1)在B、C、D三段紙帶中選出從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是_(2)打A紙帶時(shí)，物體的加速度大小是_m/s2.答案(1)C(2)0.6解析(1)因?yàn)閤x12x016.0mm，故x45x1236.0mm，故x4554.0mm，故C是從A上撕下的那段紙帶(2)根據(jù)xaT2，解得：am/s20.6 m/s2.2在某次實(shí)驗(yàn)中，物體拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶如圖2所示，紙帶上每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)未畫出按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中用直尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示(單位：cm)圖2(1)在計(jì)數(shù)點(diǎn)1所代表的時(shí)刻，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度為v1_m/s，物體的加速度a_m/s2.(兩空均保留兩位有效數(shù)字)(2)該同學(xué)在測(cè)量的時(shí)候沒(méi)有將計(jì)數(shù)點(diǎn)5的數(shù)值記錄下來(lái)，根據(jù)前面的數(shù)值可推算出計(jì)數(shù)點(diǎn)5到0點(diǎn)的距離為_cm.答案(1)0.180.75(2)14.50解析(1)打計(jì)數(shù)點(diǎn)1時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度v1m/s0.18 m/s.由題圖可知x011.40cm，x122.15cm，x232.90cm，x343.65cm，可知連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差x0.75cm，根據(jù)xaT2，得am/s20.75 m/s2.(2)x45x34x3.65cm0.75cm4.40cm，所以計(jì)數(shù)點(diǎn)5到0點(diǎn)的距離為x510.10cm4.40cm14.50cm.3(2019太和一中學(xué)情調(diào)研)(1)研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，記錄紙帶如圖3所示，圖中兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有四個(gè)點(diǎn)未畫出已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度a_m/s2，打P點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度v_ m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖3(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原來(lái)工作電壓的頻率是50Hz，如果用它來(lái)測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，實(shí)驗(yàn)者不知工作電壓的頻率變?yōu)?0Hz，這樣計(jì)算出的加速度值與真實(shí)值相比是_(填“偏大”“不變”或“偏小”)答案(1)0.800.25(2)偏小解析(1)由公式xaT2可求得加速度大小，am/s20.80 m/s2，x0.80cm，vPm/s0.25 m/s(2)若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作電壓的頻率為60Hz，則周期變小，由a知a變大，若仍按照T不變計(jì)算，則計(jì)算出的加速度比真實(shí)值偏小4某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖4甲所示的滴水法測(cè)量一小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)記小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是x011.40cm，x122.15cm，x232.91cm，x343.65cm，x454.41cm，x565.15cm.試問(wèn)：圖4(1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的_原理類似(2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4_m/s，小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)0.200.19解析(1)由題知滴水計(jì)時(shí)器的原理與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理類似(2)可把小車的運(yùn)動(dòng)看做是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則v435m/s0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56x45x34)(x23x12x01)9aT2，代入數(shù)據(jù)解得a0.19m/s2.5在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，如圖5為小車帶動(dòng)的紙帶上記錄的一些點(diǎn)，在每相鄰的兩點(diǎn)中間都有四個(gè)點(diǎn)未畫出按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示(結(jié)果均保留4位有效數(shù)字)圖5(1)小車做的是什么運(yùn)動(dòng)？(2)若小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)打第3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，求小車的速度大??；(3)求小車的加速度答案(1)小車做勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)0.5040m/s(3)1.502m/s2(0.02均正確)，方向與初速度方向相反解析(1)因?yàn)殡娫搭l率為50Hz，所以打點(diǎn)的周期T00.02s，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T5T00.1s.由題圖可得相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移分別為x18.78cm，x27.30cm，x35.79cm，x44.29cm，x52.78cm.所以相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移之差為x1x2x11.48cm，x2x3x21.51cm，x3x4x31.50cm，x4x5x41.51cm.在誤差允許范圍內(nèi)，可近似認(rèn)為x1x2x3x40，即連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差相等且為負(fù)值，所以小車做勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得v3m/s0.504 0 m/s.(3)逐