2021高考物理（新高考版）一轮复习教师用书：专题一考点3　实验：研究匀变速直线运动 WORD版含答案.docx

1、 考点3实验:研究匀变速直线运动 392考向1实验方法及数据处理1.2019全国,22,5分某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是点.在打出C点时物块的速度大小为m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为 m/s2(保留2位有效数字).必备知识:刻度尺的读数规则,瞬时速度和加速度的计算等.关键能力:对纸带数据的处理、运用能力,逐差法的应用能力.解题指导:物块沿斜木板加速

2、下滑,纸带上的计数点应由密集逐渐变稀疏.刻度尺最小刻度为1 mm,读数应再向后估读一位.计算瞬时速度应根据匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度来计算,求解加速度应由逐差法求得.考向2实验改进与创新2.2016全国,22,5分图(a)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示.该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算.(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出

3、B点时,重物下落的速度大小为,打出C点时重物下落的速度大小为,重物下落的加速度大小为.图(b)(2)已测得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;当地重力加速度大小为9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为Hz.必备知识:重物下落速度和加速度的求解,牛顿第二定律的应用等.关键能力:物理量及物理关系的理解应用能力,纸带数据的处理能力等.解题指导:运用平均速度的定义求AC段和BD段的平均速度,再根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度求得vB和vC.由加速度a=vC-vBt求得a,再根据牛顿第二定律列方程推算出频

4、率f.考法1 利用纸带求解物体的速度和加速度1某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度,电源频率f=50 Hz.在纸带上打出的点中,选出零点,每隔4个点取1个计数点,因保存不当,纸带被污染,如图所示,A、B、C、D是依次排列的4个计数点,仅能读出其中3个计数点到零点的距离:sA=16.6 mm,sB=126.5 mm,sD=624.5 mm.若无法再做实验,可由以上信息推知:(1)打下相邻两计数点的时间间隔为s;(2)打C点时物体的速度大小为m/s(取2位有效数字);(3)物体的加速度大小为(用sA、sB、sD和f表示).(1)因相邻的两计数点间还有4个计时点,故t=5T=0.1

5、s.(2)由匀变速直线运动的特点可知vC=sBD2t=624.5-126.520.110-3 m/s=2.5 m/s.(3)设物体做匀加速直线运动的加速度为a,则根据s=at2得(sC-sB)-(sB-sA)=at2,(sD-sC)-(sC-sB)=at2.联立两式并消去sC得a=sD-3sB+2sA3t2=(sD-3sB+2sA)f275.(1)0.1(2)2.5(3)(sD-3sB+2sA)f2751.在利用打点计时器探究小车“速度随时间变化的关系”的实验中,所用交流电的频率为50 Hz,某次实验中得到的一条纸带如图所示.(1)从比较清晰的点起,每五个点取一个点作为计数点,分别标明0、1、

6、2、3、4,则两个相邻计数点之间的时间间隔为s.(2)测得x1=30.1 mm,x2=36.2 mm,x3=42.2 mm,x4=48.1 mm,则打下计数点“2”时小车的速度为 m/s,整个运动过程中小车的加速度为m/s2.(3)当打下计数点“0”时,小车的速度为m/s.考法2 类打点纸带问题的分析与处理2 2017全国,22,5分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(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)记录了桌面上连续的6个水滴的位置.(已知滴水

7、计时器每30 s内共滴下46个小水滴)(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2位有效数字)试题用自制“滴水计时器”计量时间,研究匀变速直线运动.利用“滴水计时器”研究物体运动与利用“打点计时器”研究物体运动,在实验方法上具有相似性,因此分析求解问题的关键在于弄清“打点周期”,即滴水时间间隔.(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用,做匀减速直线运动,相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小,所以由题图(

8、b)可知,小车在桌面上是从右向左运动的.(2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴,其滴水的时间间隔T=30s46-1=23 s.根据匀变速直线运动的规律,可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA=0.117m+0.133m2T0.19 m/s.由x=aT2和逐差法可得,小车运动的加速度大小a=(0.150-0.100)+(0.133-0.083)6T2(m/s2)0.038 m/s2.(1)从右向左(2)0.190.0382.在暗室中用图示装置做“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、一根带荧光刻度的米尺、频闪仪.具体实验步骤

9、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.(1)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频闪仪的闪光频率(填“等于”或“不等于”)水滴滴落的频率.(2)若实验中观察到水滴“固定不动”时频闪仪的闪光频率为30 Hz,某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图所示,根据数据测得的小水滴下落的加速度即当地的重力加速度g=m/s2;第7个水滴此时的速度v7=m/s.(结果都保留3位

10、有效数字)考法3 对实验综合能力的全方位考查32018北京高考,21,18分用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律.图1主要实验步骤如下:a.安装好实验器材.接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次.b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图2中A、B、C、D、E、F所示.图2c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图3所示.图3结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)在下列仪器

11、和器材中,还需要使用的有和(填选项前的字母).A.电压合适的50 Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝码)(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v-t图象.(3)观察v-t图象,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是.v-t图象斜率的物理意义是.(4)描绘v-t图象前,还不知道小车是否做匀变速直线运动.用平均速度xt表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对t的要求是(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的x大小与速度测量的误差(选填“有关”或“无关”).图4(5)早在16世纪末,伽利略就猜

12、想落体运动的速度应该是均匀变化的.当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图4所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想.请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的.(1)打点计时器需用交流电源,为了计算速度需要利用刻度尺测量长度,故选A、C.(2)C点对应坐标点的横坐标为3T,纵坐标为v3.描点连线,图象如图所示.(3)结合图象可以看出小车速度随时间均匀变化,所以小车做匀变速直线运动,v-t图象的斜率表示小车运动时的加速度.(4)t越小,则xt越接近计数点的瞬时速度,所以从理论上讲t越小越好;从实验的角度看,选取的x越大,x的测量误差越

13、小,速度测量的误差就越小,因此选取的x大小与速度测量的误差有关.(5)如果小球的初速度为0,其速度vt,那么它通过的位移xt2,因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化.(要检验小球的速度是随时间均匀变化的,可以检验小球运动位移与时间的平方成正比.利用滴水计时得到小球的运动时间,并测出小球在相应时间内的位移,则可以验证.)(1)AC(2)见解析(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为0,其速度vt,那么它通过的位移xt2.因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化.3.图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图.实验步骤如下:图(a)用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;调整轻滑轮,使细线水平;让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB,求出加速度a;多次重复步骤,求a的平均值