2022版高考物理一輪復習第1章運動的描述勻變速直線運動實驗1研究勻變速直線運動教案

1、實驗一研究勻變速直線運動1實驗目的(1)練習正確使用打點計時器，會利用打上點的紙帶研究物體的運動。(2)掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法(xat2)。(3)測定勻變速直線運動的瞬時速度、加速度。2實驗原理(1)打點計時器作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f50 hz時，每隔0.02 s打一次點。工作條件處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點，要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的，時間間隔均為0.1 s。(2)勻變速直線運動的判斷沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間t內的位移分別為x

2、1、x2、x3、x4，若xx2x1x3x2x4x3，則說明物體在做勻變速直線運動，且xat2。利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的vt圖象。若vt圖象是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運動。3實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙片。4實驗步驟(1)放長木板：把帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上(如圖所示)。(2)定打點計時器：把打點計時器固定在長木板的一端，將紙帶穿過打點計時器限位孔。(3)掛鉤碼：將小車停在靠近打點計時器的位置，用細繩一端連小車，另一端掛上適當?shù)你^碼。

3、(4)打點：先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動打點，小車停止運動后立即關閉電源。(5)重復：換上新的紙帶，重復實驗兩次。5數(shù)據(jù)處理(1)計算速度根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度，求各計數(shù)點瞬時速度：va，vb，vc等。(2)作vt圖象建立直角坐標系，橫軸表示時間，縱軸表示速度，根據(jù)數(shù)據(jù)描點。畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側，偏差比較大的點舍去。(3)計算加速度方法一：根據(jù)a，先求出各點的速度，作出vt圖象，計算圖線的斜率即加速度。方法二：根據(jù)a，將紙帶數(shù)據(jù)分成時間相等的兩大段，設圖中相鄰計數(shù)點的時間間隔是t，則a。6注意事項(1)直線

4、：使紙帶、小車、細繩和定滑輪在一條直線上。(2)釋放：開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。(3)兩先兩后：先接通電源，計時器工作穩(wěn)定后，再釋放小車，當小車停止運動時先斷開電源，后取下紙帶。(4)防碰撞：實驗時要防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞。(5)紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點。(6)準確作圖：在畫圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，使圖象分布在坐標平面的大部分面積上。使圖象中的點盡量均勻分布在圖線兩側。 教材原型實驗1(2021重慶新高考適應性考試)某小組用打點計時器研究小車的勻變速直線運動，該打點計時器電源的頻率為50 hz，在打好的紙帶上每5個點標記一個

5、計數(shù)點，標記結果如圖所示。a、b、c、d為連續(xù)選擇的計數(shù)點，其位置分別為20.0 mm、34.0 mm、53.0 mm和77.0 mm。則(1)圖中相鄰兩計數(shù)點的時間間隔是_ s；(2)打b點時小車的速度大小是_ m/s；(3)小車運動的加速度大小是_ m/s2。解析(1)打點計時器的打點周期為t0.02 s，相鄰計數(shù)點之間的時間間隔t5t0.1 s。(2)勻變速直線運動中，中間時刻速度等于平均速度，所以b點速度為vb0.165 m/s。(3)根據(jù)逐差法求解加速度a m/s20.5 m/s2。答案(1)0.1(2)0.165(3)0.52研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖(a)所示，其中斜面

6、傾角可調。打點計時器的工作頻率為50 hz。紙帶上計數(shù)點的間距如圖(b)所示，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。(a)(b)(1)部分實驗步驟如下：a測量完畢，關閉電源，取出紙帶。b接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車。c將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連。d把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔。上述實驗步驟的正確順序是：_(用字母填寫)。(2)圖(b)中標出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔t_ s。(3)計數(shù)點5對應的瞬時速度大小計算式為v5_。(4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應為a_。解析本題是研究小車做勻變速直線運動的實驗，根據(jù)一段時間內的

7、平均速度等于中間時刻的瞬時速度及利用逐差法求加速度解決問題。(1)實驗步驟的正確順序是d、c、b、a。(2)電源的工作頻率f50 hz，所以打點周期t0 s0.02 s，相鄰兩計數(shù)點的時間間隔t5t00.1 s。(3)計數(shù)點5對應的瞬時速度等于計數(shù)點4、6間的平均速度，故v5。(4)為了減小誤差，計算小車的加速度利用逐差法，即s4s13a1t2，s5s23a2t2，s6s33a3t2，a。答案(1)dcba(2)0.1(3)(4) 拓展創(chuàng)新實驗實驗器材創(chuàng)新(2020重慶市部分區(qū)縣第一次診斷)某實驗小組利用如圖甲實驗裝置測量物體運動的加速度大小。甲乙(1)如圖乙，用20分度的游標卡尺測得遮光條的

8、寬度d_cm。(2)實驗時，用刻度尺測量出圖示位置遮光條與光電門間距離s，然后將滑塊由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間為t，則可計算出滑塊運動過程的加速度大小為_。(用題給物理量字母表示)解析(1)20分度的游標卡尺精確度為0.05 mm，讀數(shù)由主尺和游標尺兩部分組成。游標尺零刻度線的左側整毫米為10 mm，游標上第19根線與主尺對齊，190.05 mm0.95 mm，讀數(shù)為10 mm0.95 mm10.95 mm1.095 cm。(2)滑塊經過光電門擋住光的時間極短，則可用平均速度代替瞬時速度，滑塊的瞬時速度為v，滑塊由靜止開始做勻加速直線運動，由速度位移關系v2022as，

9、聯(lián)立可得：a。答案(1)1.095(2)創(chuàng)新點解讀：本題的創(chuàng)新點在于應用光電計時器處理運動的瞬時速度取代應用紙帶分析計算速度，使實驗操作更便捷，數(shù)據(jù)處理更準確。實驗設計創(chuàng)新某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。(a)(b)實驗步驟如下：如圖(a)，將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t；用s表示擋光片沿運動方向的長度如圖(b)所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的

10、t時間內的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟、；多次重復步驟；利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出 t圖，如圖(c)所示。(c)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光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與va、a和t的關系式為_。(2)由圖(c)可求得，va_cm/s，a_cm/s2。(結果保留三位有效數(shù)字)解析(1)是t時間內中間時刻的瞬時速度，va為t時間內的初速度，根據(jù)速度公式得vaavat。(2)由vaat結合題圖(c)可知，圖線與縱軸交點的縱坐標即為va，將圖線延長與縱軸相交，得va52.1

11、cm/s，圖線的斜率等于a，即a cm/s28.17 cm/s2，求得a16.3 cm/s2。答案(1)vat(2)52.116.3創(chuàng)新點解讀：本題的創(chuàng)新點可體現(xiàn)在三處：(1)利用重力的作用效果提供動力取代鉤碼。(2)以光電計時器替代紙帶記錄數(shù)據(jù)。(3)利用t圖象處理數(shù)據(jù)替代vt圖象。實驗目的創(chuàng)新(2020江蘇高考)疫情期間“停課不停學”，小明同學在家自主開展實驗探究。用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測量當?shù)氐闹亓铀俣?，實驗裝置如題圖1所示。圖1圖2(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實驗中下落物體的是_。(2)下列主要操作步驟的正確順序是_

12、。(填寫各步驟前的序號)把刻度尺豎直固定在墻上捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放手機固定在三角架上，調整好手機鏡頭的位置打開手機攝像功能，開始攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如題圖2所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為 s，刻度尺的分度值是1 mm，由此測得重力加速度為_ m/s2。(4)在某次實驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，_(選填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度。解析(1)要測量當?shù)刂亓铀俣刃枰M量減小空氣阻力的影響，所以密度大體積小的小鋼球最適合；(2)要完成實驗首先應該將刻度尺

13、豎直固定在墻上，安裝好三腳架，調整好手機攝像頭的位置；因為下落時間很短，所以一定要先打開攝像頭開始攝像，然后在將小球從刻度尺旁靜止釋放，故順序為；(3)由三張圖片讀出小球上邊緣所在位置的刻度分別為2.00 cm，26.00 cm,76.70 cm；小球做自由落體運動，根據(jù)xgt2可得g m/s29.61 m/s2；(4)因為就算小球偏離了豎直方向，但是小球在豎直方向上的運動依然是自由落體運動，對實驗結果無影響，故仍能用前面的方法測量出重力加速度。答案(1)小鋼球(2)(3)9.61(9.59.7)(4)仍能創(chuàng)新點解讀：本題的創(chuàng)新點在于測量目的，由根據(jù)紙帶測定物體運動的加速度拓展為測重力加速度，

14、且與實際生活聯(lián)系更緊密。1.某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)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30 s內共滴下46個小水滴)(a)(b)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是_(選填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中a點位置時的速度大小為_m/s，加速度大小為_m/s2。(結果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)小車運動

15、時由于摩擦力的作用，速度逐漸減小，滴水計時器滴下水滴的間距逐漸變小，因此小車從右向左運動。(2)滴水的時間間隔t s0.67 s小車運動到a點位置時的瞬時速度va m/s0.19 m/s根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a m/s20.037 m/s2因此加速度的大小為0.037 m/s2。答案(1)從右向左(2)0.190.0372用圖(甲)所示的實驗裝置來測量勻變速直線運動的加速度。(甲)(乙)(1)實驗的主要步驟：用游標卡尺測量擋光片的寬度d，結果如圖(乙)所示，讀得d_ mm。用刻度尺測量a點到光電門所在位置b點之間的水平距離x?；瑝K從a點靜止釋放(已知砝碼落地前擋

16、光片已通過光電門)。讀出擋光片通過光電門所用的時間t。改變光電門的位置，滑塊每次都從a點靜止釋放，測量相應的x值并讀出t值。(2)根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，以x為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙中作出x圖線如圖(丙)所示，求得該圖線的斜率k_ m1s2；由此進一步求得滑塊的加速度a_ ms2。(計算結果均保留3位有效數(shù)字)(丙)解析(1)根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則，擋光片的寬度d6 mm100.05 mm6.50 mm。(2)該圖線的斜率k104 m1s22.38104 m1s2；滑塊通過光電門時的速度v，由v22ax可得x，則k，可求得滑塊的加速度a0.503 ms2。答案(1)6.50(2)2.381040

17、.5033某同學利用滑塊在氣墊導軌上的運動測量當?shù)氐闹亓铀俣取Ｈ鐖D(a)所示，所用器材包括：氣墊導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、數(shù)字計時器、光電門等。導軌下方兩支點間的距離為l，實驗步驟如下：圖(a)圖(b)(1)開動氣泵，調節(jié)氣墊導軌，輕推滑塊，當光電門a記錄的遮光時間_(填“大于”“小于”或“等于”)光電門b記錄的遮光時間時，可認為氣墊導軌水平；(2)用游標卡尺測量遮光片寬度d，如圖(b)所示，d_ cm；(3)在導軌左支點下加一高度為h的墊塊，讓滑塊從導軌頂端滑下，記錄遮光片經過a、b兩處光電門的遮光時間t1、t2及遮光片從a運動到b所用的時間t12，可求出重力加速度g_(用題中給出的物理量符號表示)；(4)分析實驗結果發(fā)現(xiàn)，重力加速度的測量值比該地的實際值偏小。寫出一條產生這一結果的可能原因：_。解析(1)調節(jié)氣墊導軌水平后，輕推滑塊能做勻速直線運動，則滑塊通過兩光電門的時間應相等。(2)