版物理新增分大一轮新高考京津鲁琼讲义第一章 运动的描述 匀变速直线运动 实验一 WoWord文档下载推荐.docx
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小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约
50cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜.
(5)小车从靠近打点计时器位置释放.
1.数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,确定物体的运动性质等.
(2)方法
①分析物体的运动性质-—测量相邻计数点间的距离,计算相邻计数点距离之差,看其是否为常数,从而确定物体的运动性质.
②利用逐差法求解平均加速度
a1=
,a2=
,a3=
⇒a=
=
③利用平均速度求瞬时速度:
vn=
④利用速度—时间图象求加速度
a.作出速度—时间图象,通过图象的斜率求解物体的加速度;
b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度.
2.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
(1)x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离.
(2)Δx是两个连续相等的时间里的位移差:
Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2….
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔:
T=0.02n(打点计时器的频率为50Hz,n为两计数点间计时点的间隔数).
(4)Δx=aT2,只要小车做匀变速直线运动,它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等.
命题点一 教材原型实验
例1
(2012·
山东卷·
21
(1))某同学利用如图2甲所示的实验装置,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乙所示.打点计时器电源的频率为50Hz。
图2
(1)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.
(2)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)
(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a=______m/s2,若用
来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值____________(填“偏大”或“偏小”).
答案
(1)6 7(或7 6)
(2)1.00 1.20
(3)2。
00 偏大
解析
(1)从计数点1到6相邻的位移差Δx≈2。
00cm,在6、7计数点间的位移比5、6计数点间的位移增加了(12。
28-11.01)cm=1。
27cm<
2。
00cm,因此,开始减速的时刻在计数点6和7之间.
(2)计数点5对应的速度大小为
v5=
m/s≈1。
00m/s。
计数点4对应的速度大小为
v4=
m/s≈0.80m/s。
根据v5=
,
得计数点6对应的速度大小为v6=2v5-v4=(2×
1.00-0。
80)m/s=1.20m/s。
(3)物块在计数点7到11之间做减速运动,
根据Δx=aT2得
x9-x7=2a1T2
x10-x8=2a2T2
故a=
≈-2。
00m/s2
物块做减速运动时受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力μmg和打点计时器对纸带的摩擦阻力f,因此根据牛顿第二定律,得μmg+f=ma,即μ=
,因此用μ′=
计算出的动摩擦因数比μ的真实值偏大.
变式1
(2018·
江西省六校第五次联考)在“研究匀变速直线运动的特点”的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度的对照情况如图3所示.(打点计时器的频率为50Hz)
图3
(1)由图可以知道,A、B两点的时间间隔是________s,A点到D点的距离是________cm,D点到G点的距离是________cm;
(小数点后保留2位)
(2)通过测量不难发现,(xBC-xAB)与(xCD-xBC)、(xDE-xCD)、…基本相等.这表明,在实验误差允许的范围之内,拖动纸带的小车做的是________________运动;
(3)经过合理的数据处理后,可以求得加速度a=________m/s2;
(小数点后保留3位)
(4)还可以求出,打B点时小车的瞬时速度vB=______m/s。
答案
(1)0.10 4.13(4.10~4。
16均可) 6.48(6.45~6。
51均可)
(2)匀加速(或匀变速)直线 (3)0.261(0。
254~0。
268)
(4)0.126(0.121~0。
131)
解析
(1)由题图可以知道,A、B两点的时间间隔是0。
10s,A点到D点的距离是4.13cm,D点到G点的距离是6.48cm;
(2)通过测量不难发现,(xBC-xAB)与(xCD-xBC)、(xDE-xCD)、…基本相等.这表明,在实验误差允许的范围之内,拖动纸带的小车做的是匀加速直线运动.
(3)设A到B之间的距离为x1,以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6,根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可得:
x4-x1=3a1T2,x5-x2=3a2T2,x6-x3=3a3T2,联立可得a=
解得a≈0。
261m/s2;
(4)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度有vB=
≈0。
126m/s。
变式2
(2017·
全国卷Ⅰ·
22)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4(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6个水滴的位置.(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)
图4
(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)
答案
(1)从右向左
(2)0。
19 0。
038
解析
(1)小车在阻力的作用下,做减速运动,由题图(b)知,从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小,所以小车在桌面上是从右向左运动.
(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴,所以相邻两水滴间的时间间隔为T=
s=
s,所以A点位置的速度为vA=
m/s≈0.19m/s。
根据逐差法可得加速度a=
,解得a≈-0。
038m/s2,故加速度的大小为0.038m/s2.
命题点二 实验拓展创新
1.复习启示
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,是在教材实验的基础上创设新情景.因此,要在夯实实验的基础上注意迁移和创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.
2.情景拓展
3.数据处理
(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Δt,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
例2
全国卷Ⅱ·
22)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.
图5
实验步骤如下:
①如图5(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;
②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Δt;
③用Δs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Δt时间内的平均速度大小,求出
;
④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②、③;
⑤多次重复步骤④;
⑥利用实验中得到的数据作出v-Δt图,如图(c)所示.
完成下列填空:
(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则
与vA、a和Δt的关系式为
=________。
(2)由图(c)可求得vA=______cm/s,a=______cm/s2。
(结果保留3位有效数字)
答案
(1)vA+
aΔt
(2)52.1 16.6
解析
(1)设挡光片末端到达光电门的速度为v,则由速度时间关系可知:
v=vA+aΔt,且
联立解得:
=vA+
aΔt;
(2)由题图(c)可读出vA≈52.1cm/s,图线的斜率
k=
a=
cm/s2≈8.28cm/s2,
即a≈16。
6cm/s2.
变式3
天津市南开中学月考)某校研究性学习小组的同学用如图6甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度.实验过程如下:
在斜面上铺上白纸,用图钉钉住;
把滴水计时器固定在小车的末端,在小车上固定一平衡物;
调节滴水计时器的滴水速度为每0。
2s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);
在斜面顶端放置一浅盘,把小车放在斜面顶端,把调好的滴水计时器盛满水,使水滴能滴入浅盘内;
随即在撤去浅盘的同时放开小车,于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹;
小车到达斜面底端时立即将小车移开.
图6
图乙为实验得到的一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是:
x01=1。
40cm、x12=2。
15cm、x23=2。
91cm、x34=3。
65cm、x45=4。
41cm、x56=5.15cm,试问:
(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的______________原理类似.
(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时间的瞬时速度v4=________m/s,计算小车的加速度a的表达式为________________,计算结果为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)
答案
(1)打点计时器
(2)0.20
0.19
解析
(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器原理类似.
(2)计数点4所代表时间的瞬时速度v4=
m/s≈0。
20m/s
小车的加速度a的表达式为:
代入数据可得:
a≈0.19m/s2。
类型2 实验方法拓展
例3
全国卷Ⅲ·
22)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间.实验步骤如下:
(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端,让木尺自然下垂.乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处,但未碰到尺),准备用手指夹住下落的尺.
(2)甲在不通知乙的情况下,突然松手,尺子下落;
乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子.若夹住尺子的位置刻度为L1,重力加速度大小为g,则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示).
(3)已知当地的重力加速度大小为g=9。
80m/s2,L=30.0cm,L1=10.4cm。
乙的反应时间为________s.(结果保留2位有效数字)
(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:
____________________.
答案
(2)
(3)0。
20 (4)多次测量取平均值;
初始时乙的手指尽可能接近尺子
解析
(2)根据自由落体运动的规律,得L-L1=
gt2,解得t=
。
(3)将g=9.80m/s2,L=30。
0cm=0.300m,L1=10.4cm=0。
104m,代入t=
得
t=0.20s。
(4)建议:
多次测量取平均值;
初始时乙的手指尽可能接近尺子.
变式4
广东省汕头市第二次模拟)某同学用图7(a)所示的实验装置测定重力加速度,其中打点计时器的电源为交流电源,频率为50Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示,相邻计数点之间的时间间隔都为t.
图7
(1)本实验除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的器材是____________.(填器材前面的代号)
A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
(2)若使用x1和x3两组数据来计算重力加速度,则表达式为g=________.
(3)已测得x1=6.60cm,x2=8。
15cm,x3=9.72cm,已知当地的重力加速度大小约为9.8m/s2,由此可推算出所选纸带相邻计数点之间的时间间隔t=________s,实验测得的重力加速度为________m/s2。
答案
(1)AB
(2)
04 9。
75
解析
(1)测定重力加速度,不需要测量物体的质量,则不需要天平,因为需要打点计时器,则需要交流电源,需要刻度尺测量点迹间的距离,故选A、B.
(2)根据x3-x1=2gt2,得重力加速度g=
(3)根据x3-x1=2gt2得:
t=
s≈0.04s。
由
(2)知,g=
m/s2=9.75m/s2。