【物理】2019届一轮复习人教版实验：研究匀变速直线运动学案(1)

【物理】2019届一轮复习人教版实验：研究匀变速直线运动学案(1)

‎1．实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器）、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片． 源 :中 教 ]‎ ‎2．实验原理 ‎3．实验步骤[中 国教 育^出版 ]‎ ‎（1）按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板没有定滑轮的一端，接好电源；‎ ‎（2）把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；‎ ‎（3）把小车停靠在打点计时器处，先先接通电源，后释放小车；‎ ‎（4）小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； 中^ 国教育 出版 ]‎ ‎（5）换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．‎ ‎4．注意事项 ‎（1）平行：纸带、细绳要和长木板平行．‎ ‎（2）两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取纸带．‎ ‎（3）防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．‎ ‎（4）减小误差：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 ‎50 cm的纸带上清楚地取出6 7个计数点为宜． 中 国 教育^出 版 ]‎ ‎【典例精析】在研究小车做匀变速运动的加速度的实验中，实验装置如下：‎ ‎（1）实验中不需要的器材是 （用代号表示）．[来 源: 中 教 ]‎ ‎①电火花计时器、②刻度尺、③秒表、④带滑轮长木板、⑤小车、⑥纸带、⑦天平。[ :^中国教 育出 版 ]‎ ‎（2）打点计时器在纸带上打出点痕，下列说法正确的是 ‎ A．电磁打点计时器使用6V的直流电源 B．电火花打点计时器使用220V的交流电源 C．点痕记录了物体运动的时间 D．点痕记录了物体在某段时间内的位移 ‎【参考答案】（1）③⑦ （2）BCD ‎【精准解析】（1）在本实验中不需要测量小车或砝码的质量因此不需要天平，电火花打计时器使用的是220V交流电源，同时打点计时器记录了小车运动时间，因此不需要秒表。故不需要的器材为③⑦。‎ ‎【规律总结】本题考查了“探究匀变速直线运动”的实验中所需实验器材，以及利用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题能力。[来 源: s tep. co m]‎ ‎1．在练习使用打点计时器实验中操作正确的是 。‎ A．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带 B．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行 C．使用打点计时器过程中不需要固定打点计时器 D．每次纸带停止运动后，应先取下纸带再断开电源[来 源:中教^ ]‎ E．做完实验后应将纸带及时甩进垃圾桶[中 国教育 出 版 ]‎ F．实验完成后应将器材拆卸如初，并摆放整齐．‎ ‎【答案】ABF F正确；故选ABF.‎ ‎2．如图所示为实验室常用的力 实验装置。关于该装置，下列说法正确的是 .‎ A．利用该装置做研究匀变速直线运动的实验时，需要平衡小车和木板间的摩擦力 B．利用该装置探究小车的加速度与质量关系时，每次改变小车的质量后必须重新平衡小车与木板间的摩擦力 C．利用该装置探究功与速度变化关系实验时，可以将木板带有打点计时器的一-端适当垫高，目的是消除摩擦力对实验的影响 D．将小车换成滑块，可以利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数，且不需要满足猾块的质量远大于钩码的质量 ‎【答案】CD ‎【解析】用此装置“研究匀变速直线运动”时，不需要平衡摩擦力，只要物体做匀变速直线运动即可，故A错误。用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，改变砝码和砝码盘的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B错误。探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力，方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，从而小车受到的合力即为绳子的拉力，故C正确。将小车换成滑块，再利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数时，不需要用钩码的重力代替绳子的拉力，所以不需要满足滑块的质量远大于钩码的质量，故D正确；故选CD。[ :中 ^教 ]‎ ‎3．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，‎ ‎（1）电火花计时器正常工作时，其打点的周期取决于 （单选）。‎ A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．墨粉纸盘的大小 D．纸带的长度 ‎（2）下列操作中正确的有 （单选）。‎ A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器 B．打点计时器应放在长木板的有滑轮一端 C．电火花计时器应使用低压交流电源 ‎（3）如下图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，四条纸带的a、b间的间距相等，则a、b间的平均速度最小的是 （单选）。‎ ‎[中国 教育 出版^ ]‎ ‎（4）下列说法中不正确或不必要的是 （双选）。‎ A．长木板的一端必须垫高，使小车在不持钩码时能在木板上做匀速运动 B．连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行[w w w. st ep ]‎ C．小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车 D．选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始 ‎【答案】 B A D AD 故A不是必要的。在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点取点后处理实验数据，故D不是必要的。连接小车的细绳需要与木板平行，否则就要涉及到绳子拉力分解问题，即拉力是一个变力，故B是必要的。操作时应先开电源在释放小车，故C是必要的。故不必要的，选AD。‎ ‎【点睛】本题考查“探究小车速度随时间变化规律”的实验，要注意明确实验原理以及注意事项；并且要知道打点计时器的工作原理，掌握基本仪器的使用和基础实验的操作细节。‎ ‎4．某同 做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图1所示．一小车放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电火花打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，小车在木板上向左运动．‎ 如图2给出了电火花打点计时器在纸带上打出的一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点没画出，电火花打点计时器所用的交流电频率为50H ．‎ ‎（1）电火花打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点的仪器，它使用 （填“交流”或“直流”）电源，工作电压为 V．‎ ‎（2）实验中，除带滑轮的长木板、小车、细线、钩码、纸带外，还需选用的仪器是 ‎ A．停表 B．刻度尺 C．速度计 D．电火花打点计时器 ‎（3）该同 进行了以下实验操作步骤，其中错误的步骤是 [中^ 国教育出版 ]‎ A．将打点计时器固定在长木板有滑轮一端，并接好电路[来 源:中教 ^]‎ B．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码 D．拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源 ‎【答案】 交流 220 BD AD ‎ ‎【解析】（1）电火花计时器使用交流电源，工作电压为220V.[中国教育 出 ^ 版 ]‎ ‎（2）做“测匀变速直线运动的加速度”的实验，需要打点计时器，处理纸带时，需要用刻度尺测量点迹间的距离，由于打点计时器可以记录时间，不需要停表，速度可以通过点迹间距离和时间间隔求出，不需要速度计，故选：BD.‎ ‎（3）A、打点计时器的固定端与滑轮不在同一端，故A错误；‎ B. 将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔，故B正确；‎ C. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码，故C正确；‎ D. 拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，先接通电源，再放开纸带，故D错误。‎ 本题选错误的答案，故选：AD.‎ ‎【点睛】电火花计时器使用220V交流电源；结合实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材；根据实验的操作步骤以及注意事项确定错误的步骤；根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出计数点2的瞬时速度；根据连续相等时间内的位移之差是一恒量，运用逐差法求出加速度．‎ 重难点2 数据处理 ‎1．数据处理 ‎（1）目的 中国教育出版 ]‎ 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．[w w w. ste p^ ]‎ ‎②利用逐差法求解平均加速度[来 源:^ 中教 ]‎ a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝ ‎③利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝ st ep.co m ^]‎ ‎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．[来 源^ : 中教 ]‎ ‎（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50 H ，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．‎ ‎【典例精析】“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器（所用交流电的频率为50H ），得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来．‎ ‎ 中 教 ]‎ 该匀变速直线运动的加速度= m/s2．纸带上E点相对应的瞬时速度大小 m/s．（以上两答案要求保留三位有效数字）‎ ‎【参考答案】1.93 1.39‎ ‎【精准解析】根据匀变速直线运动的判别式为连续相等时间内的位移之差是一恒量，计数点间的时间为，结合逐差法得：.根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得E点对应的瞬时速度为.‎ ‎【规律总结】解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度，关键是匀变速直线运动推论的运用．‎ ‎1．（1）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列操作正确的是 。 中 国教育出^版 ]‎ A．小车初始位置靠近长木板的滑轮 B．先接通电源，后放开小车，让小车运动 C．本实验器材必须要用到秒表和天平 D．要将长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出集面[来 源 :中 教 ^]‎ ‎（2）打点计时器的频率是50H 的，下图是每打5个点所取的记数点，但第3个记数点没有画出，该物体的加速度为 m/s2.‎ ‎【答案】（1）BD （2）2.21‎ ‎（2）由公式 ，即 ，代入数据解得：。‎ ‎【点晴】打点计时器使用交流电源，为增加纸带的有效长度，小车要从靠近打点计时器位置释放，还要先接通电源并等打点稳定后再释放小车。[ :^ 中 教 ]‎ ‎2．图示纸带记录的为在研究匀变速直线运动规律的实验中小车的运动情况，A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为，则：（计算结果保留两位有效数字）‎ ‎（1）下列操作中正确的有 （填选项代号）‎ A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器 step.^ c om]‎ B．打点计时器应放在长木板的有滑轮一端 C．应先接通电源，后释放小车[ : 中 教 ]‎ D．电火花计时器应使用低压交流电源 ‎（2）D点的瞬时速度大小为 m/s；‎ ‎（3）运动小车的加速度大小为 m/s2；[www. step . co^m]‎ ‎（4）若电源实际频率高于50H ，计算时仍按照50H 计算，则加速度大小的测量值比真实值 选填“偏大”“偏小”或“不变）。‎ ‎【答案】（1）AC （2）0.34 （3）0.40 （4）偏小 ^ st ep.c om]‎ ‎【解析】（1）在释放小车前，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带，选项A正确；打点计时器应放在长木板远离滑轮的一端，选项B错误；应先接通电源，后释放小车，选项C正确；电火花计时器应使用220V交流电源，选项D错误；故选AC。‎ ‎（2）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，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小，。‎ ‎（3）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，.‎ ‎（4）若交流电频率为50赫兹，则其打点周期为0.02s，当电源频率高于50H 时，实际打点周期将变小，则纸带上任意两点间距偏小，而进行计算时，仍然用0.02s，因此测出的加速度数值将比物体的真实数值小。‎ ‎3．省实验高一物理小组在研究匀变速直线运动中用不同的方法测加速度。‎ ‎（1）A组的过程为：实验中获得一条如图所示的纸带，O、A、B、C、D和 E为纸带上六个计数点，加速度大小用 表示。‎ ‎① OD 间的距离为 cm 。‎ ‎②如图是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示 ，其加速度大小为 m/s2（保留3位有效数字）。‎ ‎（2）B组的过程为：如图为实验中得到的一条纸带，纸带上每相邻的两个计数点间还有4个点图中没有画出， 电火花计时器接220V、50H 交流电源，其中s1=7.05cm，s2=7.68cm，s3=8.33cm，s4=8.95cm，s5=9.61cm，s6=10.26cm，则计算小车运动的加速度大小 m/s2。（计算结果均保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）1.20 0.936 （2）0.64‎ ‎（2）根据逐差法可知，[中国 教育出 版 ]‎ ‎【点睛】根据匀变速直线运动位移公式，结合图象的函数关系，可以知道图象斜率表示的物理意义；利用图象求斜率的方法可以求解加速度；根据打出的纸带，利用逐差法可以求加速度；‎ ‎4．某物理实验小组在做“研究匀变速直线运动”的实验装置如图甲所示，滑块放在水平长木板上在重物的拉动下开始运动，重物落地后，滑块再运动一段距离停在水平长木板上（滑块尚未到达滑轮处）。纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两计数点之间还有4个点未画出，打点计时器的工作频率为50H 。‎ ‎（1）实验小组的部分实验步骤如下：‎ a．拉住纸带，将滑块移至靠近打点计时器处 b．将打点计时器固定在水平长木板上，并接好电路 c．将纸带固定在滑块尾部，并穿过打点计时器的限位孔，把一条细线拴在滑块上，细线跨过定滑轮，下面吊着适当重物 d．关闭电源，取出纸带 e．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开滑块 上述实验步骤的正确顺序是： （用字母标号填写）‎ ‎（2）通过分析纸带数据，可以判断在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速；‎ ‎（3）计数点D对应的速度大小为 m/s；‎ ‎（4）滑块做减速运动过程中的加速度大小为 m/s2。‎ ‎【答案】（1）bcaed （2）E F （3）0.35 （4）0.50‎ ‎【解析】（1）本实验首先将打点计时器固定在水平长木板上，并接好电路，将纸带固定在滑块尾部，并穿过打点计时器的限位孔，把一条细线拴在滑块上，细线跨过定滑轮，下面吊着适当重物，拉住纸带，将滑块移至靠近打点计时器处，接通电源，待打点计时器工作稳定后放开滑块，关闭电源，取出纸带，故为bcaed；[ww w. step. com ]‎ ‎（2）从纸带上的数据分析得知：在点计数点E之前，两点之间的位移逐渐增大，是加速运动，位移的增量为约为1cm，在E到F位移增量为0.7cm，说明在E和F间物体即开始减速； [中^ 国教 育出 版 ]‎ ‎（3）计数点D对应的速度大小为；‎ ‎（4）利用逐差法得：。‎