高考物理系統(tǒng)性復(fù)習(xí) (考點(diǎn)分析) 第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（附解析）VIP

【考點(diǎn)分析】第五節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律【考點(diǎn)一】對實(shí)驗(yàn)步驟的考查【典型例題1】（2021·四川省閬中中學(xué)）在研究勻變速直線運(yùn)動中，某同學(xué)用一端裝有定滑輪的長木板、小車、打點(diǎn)計時器（頻率為50Hz）、鉤碼、紙帶、細(xì)線組成如圖甲所示的裝置，用鉤碼拉動小車，使其做勻變速直線運(yùn)動，得到如圖乙所示的一條紙帶，紙帶中相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間有四個點(diǎn)未標(biāo)出。(1)某同學(xué)操作實(shí)驗(yàn)步驟如下，有錯誤或不需要的步驟是______（填寫字母）。A．將打點(diǎn)計時器固定在長木板上，并連接好電路B.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計時器的限位孔C.適當(dāng)抬高長木板的左端，在不掛鉤碼的情況下，輕推小車，小車能勻速運(yùn)動D.把一條細(xì)線拴在小車上，細(xì)線跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼E.將小車移至靠近打點(diǎn)計時器處F.先釋放紙帶，再接通打點(diǎn)計時器(2)用毫米刻度尺測量得到圖乙中A點(diǎn)與其他計數(shù)點(diǎn)間的距離為：AB＝3.00cm、AC＝10.16cm、AD＝21.48cm、AE＝36.95cm，則打下D點(diǎn)時小車的速度大小為______m/s；小車的加速度為________m/s2。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）【解析】(1)[1]其中不需要的步驟是C，本實(shí)驗(yàn)在研究勻變速度直線運(yùn)動，是否存在摩擦阻力，對實(shí)驗(yàn)沒有影響，只要加速度恒定即可；錯誤的是F，實(shí)驗(yàn)時，不能先放開小車，再接通打點(diǎn)計時器電源，由于小車運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，所以應(yīng)該先接通電源，再釋放紙帶。(2)[2]由于計時器打點(diǎn)的時間間隔為0.02s，相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)圖中未畫出，所以相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為T=0.1s。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點(diǎn)時小車的瞬時速度大小vD＝eq\f(xCE,2T)=eq\f(36.95－10.16,2×0.1)×10－2=1.34m/s；[3]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得a=eq\f(xCE－xAC,4T2)=eq\f(36.95－10.16－10.16,4×0.12)×10－2=4.16m/s2；【答案】(1)CF(2)1.34(3)4.16【歸納總結(jié)】(1)處理紙帶時，一定要分清計時點(diǎn)和計數(shù)點(diǎn)間的區(qū)別，搞清計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T.(2)利用極限思想將平均值過渡到瞬時值是物理學(xué)中常用的方法．紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度．【考點(diǎn)二】誤差分析【典型例題2】（2021·山東省兗礦一中）在研究勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中，在打點(diǎn)計時器打下的紙帶上，選取一段如圖所示，實(shí)驗(yàn)員告知同學(xué)們交流電的頻率為50Hz，圖中每兩點(diǎn)中間還有四點(diǎn)沒有畫出；用刻度尺量得A到B、C、D、E各點(diǎn)的距離依次為：1.23cm、3.71cm、7.44cm和12.42cm，則打C點(diǎn)時物體的瞬間速度大小為________m/s；該勻變速直線運(yùn)動的加速度的大小為________m/s2（以上結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）．若實(shí)際上交流電的頻率為51Hz，則上面計算出的加速度值比實(shí)際值_______．（填“偏大”、“偏小”或“不偏”）【解析】（1）打C點(diǎn)時物體的速度，等于物體打AE點(diǎn)間的平均速度：vc=eq\f(12.42×0.01,4×0.1)m/s=0.311m/s；（2）利用逐差法求加速度：AB間的距離s1=1.23cm，BC間的距離s2=3.71cm－1.23cm=2.48cm，CD間的距離s3=7.44cm－3.71cm=3.73cm；DE間的距離s4=12.42cm－7.44cm=4.98cm．利用逐差法求加速度可得：a=eq\f(s3+s4－(s1+s2),4t2)=eq\f((3.73+4.98－(1.23+2.48)),4×0.12)×10－2m/s2=1.25m/s2；（3）求加速度的公式為a=eq\f(△s,T2)=△sf2，由題意知道：f測<f實(shí)，所以a測<a實(shí)，即計算出的加速度比實(shí)際值偏?。敬鸢浮?1)0.311(2)1.25(3)偏小【考點(diǎn)三】圖像分析【典型例題3】某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)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.實(shí)驗(yàn)步驟如下：①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；②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt；③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動方向的長度[如圖(b)所示]，eq\x\to(v)表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出eq\x\to(v)；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出eq\x\to(v)－Δt圖，如圖(c)所示.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(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小，則eq\x\to(v)與vA、a和Δt的關(guān)系式為eq\x\to(v)＝________.(2)由圖(c)可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)【解析】(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門的速度為v，則由速度時間關(guān)系可知：v＝vA＋aΔt，且eq\x\to(v)＝eq\f(vA＋v,2)聯(lián)立解得：eq\x\to(v)＝vA＋eq\f(1,2)aΔt；(2)由題圖(c)可讀出vA≈52.1cm/s，圖線的斜率k＝eq\f(1,2)a＝eq\f(53.6－52.4,(180－35)×10－3)cm/s2≈8.28cm/s2，即a≈16.6cm/s2.【答案】(1)vA＋eq\f(1,2)aΔt(2)52.116.6【歸納總結(jié)】1．v－t圖象的截距表示物體運(yùn)動的初速度．2．v－t圖象的斜率表示物體運(yùn)動的加