（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第一章 運(yùn)動(dòng)的描述 勻變速直線運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)一 速度隨時(shí)間變化的規(guī)律講義（含解析）.docx

實(shí)驗(yàn)一速度隨時(shí)間變化的規(guī)律1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；(2)會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度、加速度；(3)會(huì)利用紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并能畫出小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象，會(huì)根據(jù)圖象求加速度2實(shí)驗(yàn)原理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是測(cè)量時(shí)間的儀器，通過紙帶記錄了物體的運(yùn)動(dòng)過程打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器，如圖1甲、乙所示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是50Hz的交變電流，每隔0.02s打一次點(diǎn)；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電壓是46V交流電源，電火花計(jì)時(shí)器使用的是220V交流電源圖13實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙圖24實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照如圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無滑輪的一端，接好電源；(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；(3)把小車停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開小車；(4)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶；(5)換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析5注意事項(xiàng)(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶(3)防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞(4)減小誤差：小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地選取67個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜6數(shù)據(jù)處理(1)目的通過紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等(2)方法分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)利用逐差法求解平均加速度a1，a2，a3a.利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn.利用速度時(shí)間圖象求加速度a作出速度時(shí)間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度7依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1)x1、x2、x3xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離(2)x是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移差：x1x2x1，x2x3x2.(3)T是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T0.02n(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù))(4)xaT2，只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2018鹽城市期中)為了“探究物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”，某同學(xué)采用了如圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置(1)完成該實(shí)驗(yàn)是否需要平衡小車與木板間的摩擦力(選填“需要”或“不需要”)；(2)完成該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量(選填“需要”或“不需要”)；圖3(3)從圖乙紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表所示，其中F點(diǎn)速度為vFm/s；時(shí)間t/s00.501.001.502.002.50速度v/(ms1)0.120.170.230.270.28vF(4)請(qǐng)根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙中作出小車的vt圖象答案(1)不需要(2)不需要(3)0.29(4)見解析圖解析(3)根據(jù)這段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則有：vF102 m/s0.29 m/s；(4)利用描點(diǎn)法可畫出vt圖象如圖所示變式1(2018泰州中學(xué)四模)某小組用圖4甲所示器材測(cè)量重力加速度的大小實(shí)驗(yàn)器材由底座帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電計(jì)時(shí)器A和B、鋼制小球和網(wǎng)兜組成通過測(cè)量小球在A、B間不同位移時(shí)的平均速度，求重力加速度圖4(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先(選填“釋放小球”或“接通光電計(jì)時(shí)器”)；(2)實(shí)驗(yàn)中保持A不動(dòng)，沿桿向下移動(dòng)B，測(cè)量A、B之間的距離h及鋼球經(jīng)過該距離所用時(shí)間t，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)繪出與t關(guān)系圖象如圖乙所示由圖可知，重力加速度g與圖象的斜率k的關(guān)系為g，重力加速度的大小為m/s2；(3)若另一小組用同樣的實(shí)驗(yàn)裝置，保持B不動(dòng)，沿桿向上移動(dòng)A，則(選填“能”或“不能”)通過上述方法測(cè)得重力加速度的大小：(4)為減小重力加速度的測(cè)量誤差，可采用哪些方法？(提出一條即可)答案(1)接通光電計(jì)時(shí)器(2)2k9.67(9.609.80)(3)能(4)AB間距離盡可能大、鋼球體積盡可能小等解析(2)在題圖乙的直線上取兩個(gè)點(diǎn)(t1，)，(t2，)，則圖象的斜率k，而正是鋼球通過h1時(shí)的平均速度，也是這段時(shí)間內(nèi)時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度，設(shè)鋼球由靜止落到A時(shí)的時(shí)間為t0，故g(t0)，g(t0)，將其代入上式可得k，即g2k；由題圖乙可得，其斜率k m/s24.833 m/s2，則g2k9.67 m/s2；(2)如果保持B不動(dòng)，設(shè)鋼球由靜止到B的時(shí)間為T0，則該時(shí)間也是可以在計(jì)算的過程中約去的，所以這種方法也可以測(cè)得重力加速度(3)為了減小誤差，可以使AB間距離盡可能大、鋼球體積盡可能小等命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新從原理遷移和數(shù)據(jù)處理技巧上進(jìn)行創(chuàng)新1復(fù)習(xí)啟示高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景因此，要在夯實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題2情景拓展3數(shù)據(jù)處理(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度(2)速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度測(cè)定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時(shí)間t，由v求速度(3)加速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度利用經(jīng)過兩個(gè)光電門的瞬時(shí)速度，由速度位移關(guān)系式求加速度例2(2018江蘇卷11)某同學(xué)利用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)量重力加速度g.細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘實(shí)驗(yàn)操作如下：圖5用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止釋放重錘2，同時(shí)右手開啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間；重復(fù)測(cè)量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測(cè)量值t.請(qǐng)回答下列問題：(1)步驟可以減小對(duì)下落時(shí)間t測(cè)量的(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差(2)實(shí)驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了A使H測(cè)得更準(zhǔn)確B使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些C使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做(4)使用橡皮泥改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并測(cè)出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0.用實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量量和已知量表示g，得g.答案(1)偶然(2)B(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落(4)解析(1)對(duì)同一物理量多次測(cè)量取平均值的目的是減小偶然誤差(2)設(shè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的加速度為a，則根據(jù)牛頓第二定律得(Mm)gMg(2Mm)a即a，而Hat2，在H一定時(shí)，a越小，則t越長(zhǎng)，這時(shí)測(cè)量出時(shí)間t的誤差相對(duì)越小因此實(shí)驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些，選項(xiàng)B正確(3)由于摩擦阻力的影響，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法為在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥的質(zhì)量使輕拉重錘1時(shí)能觀察到其勻速下落(4)根據(jù)牛頓第二定律得(Mm)gMg(2Mmm0)a又有Hat2聯(lián)立解得g.變式2(2017全國(guó)卷22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖6(a)所示實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車在小車運(yùn)動(dòng)過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)圖6(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為m/s，加速度大小為 m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)答案(1)從右向左(2)0.190.038解析(1)小車在阻力的作用下，做減速運(yùn)動(dòng)，由題圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)的(2)已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，所以相鄰兩水滴間的時(shí)間間隔為Tss，所以A點(diǎn)位置的速度為vAm/s0.19 m/s.根據(jù)逐差法可求加速度a，解得a0.038m/s2，因此加速度的大小為0.038 m/s2.變式3(2018海安中學(xué)月考)某同學(xué)用圖7甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中使用的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，他的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖7按圖甲安裝好實(shí)驗(yàn)器材；讓拖著紙帶的小車沿平板斜面開始向下運(yùn)動(dòng)，接通電源，重復(fù)幾次；選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，舍去開始比較密集的點(diǎn)跡，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每?jī)蓚€(gè)打點(diǎn)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖乙中0、1、2、6點(diǎn)所示；測(cè)量相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，分別記作x1、x2、x3、x6；通過測(cè)量和計(jì)算，判斷出小車沿平板斜面做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1)在甲圖中，明顯存在的問題是；電源應(yīng)該接(選填“直流”或“交流”)電源；實(shí)驗(yàn)操作過程中明顯的錯(cuò)誤是(2)若實(shí)驗(yàn)裝置安裝和操作過程完全正確，利用該同學(xué)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以得到小車的加速度，計(jì)算加速度的表達(dá)式是a；(3)若該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中用量角器還測(cè)出了平板斜面的傾角，且已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則在以下物理量中，還能計(jì)算出(填字母序號(hào))A小車的質(zhì)量B小車與平板斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)C小車到達(dá)斜面底端時(shí)的動(dòng)能D小車滑下過程中損失的機(jī)械能答案(1)小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)交流步驟：應(yīng)該先接通電源后釋放小車(2)(3)B解析(1)在題圖甲中，明顯存在的問題是小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)；電源應(yīng)該接46 V低壓交流電源，實(shí)驗(yàn)操作過程中明顯的錯(cuò)誤是實(shí)驗(yàn)步驟，應(yīng)該是先接通電源后釋放小車(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式xaT2可以求出加速度的大小，得：x4x13a1(2T)2，x5x23a2(2T)2，x6x33a3(2T)2，為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，對(duì)三個(gè)加速度取平均值得：a(a1a2a3)；(3)小車在斜面上受重力、支持力和摩擦力根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinmgcosma，即可求出小車與平板斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，但不能計(jì)算小車的質(zhì)量，故B正確，A錯(cuò)誤；不知道斜面的長(zhǎng)度，所以無法測(cè)出小車到達(dá)斜面底端時(shí)的速度，又小車的質(zhì)量末知，故無法求出小車到達(dá)斜面底端時(shí)的動(dòng)能，故C錯(cuò)誤；由于斜面的長(zhǎng)度未知，小車的質(zhì)量未知，無法求出下滑過程中損失的機(jī)械能，故D錯(cuò)誤1(2018興化市第一中學(xué)期初)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶，并在其上取了A、B、C、D、E、F共6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的點(diǎn)，圖中沒有畫出)，如圖8.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接的是“220V、50Hz”的交變電流他將一把毫米刻度尺放在紙帶上，其零刻度和計(jì)數(shù)點(diǎn)A對(duì)齊下述第(2)、(3)、(4)小題結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字圖8(1)該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為s；(2)由以上數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打C點(diǎn)時(shí)，物體的瞬時(shí)速度vC是m/s；(3)計(jì)算該物體的加速度a為m/s2；(4)紙帶上的A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度vAm/s; (5)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f49Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么由此引起的誤差將使加速度的測(cè)量值比實(shí)際值偏(填“大”或“小”)答案(1)0.02(2)0.16(3)0.43(0.410.45)(4)0.074(0.0700.080)(5)大解析(1)f50 Hz，T0.02 s(2)每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的點(diǎn)，即相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔是t0.1 s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，有：vC0.16 m/s；(3)根據(jù)公式xat2，有CEAC4at2，代入數(shù)據(jù)解得a0.43 m/s2；(4)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系式得：vAvCa(2t)0.074 m/s.(5)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f49 Hz時(shí)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔t變大了，但做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，用了較小的t，所以引起的誤差將使加速度的測(cè)量值比實(shí)際值偏大2(2018江蘇省高考?jí)狠S沖刺卷)某同學(xué)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到表示小車運(yùn)動(dòng)過程的一條清晰紙帶，紙帶的一部分如圖9甲所示，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T0.10s該同學(xué)將紙帶從每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處截?cái)?，得?條短紙帶，再把6條短紙帶的下端對(duì)齊貼在紙上，以紙帶下端為橫軸建立直角坐標(biāo)系，并將刻度尺邊緣緊靠縱軸，其示數(shù)如圖乙所示(以下結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖9(1)打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“2”時(shí)小車的速度大小為m/s.(2)小車的加速度大小為m/s2.(3)在某次實(shí)驗(yàn)中，若該同學(xué)所用交流電的頻率小于50Hz，則加速度的測(cè)量值(填“”“”或“<”)真實(shí)值答案(1)0.47(2)0.70(3)解析(1)依據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，那么打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“2”時(shí)小車的速度大小為：v20.47 m/s(2)由逐差法可得：a070 m/s2(3)頻率小，則打點(diǎn)周期變長(zhǎng)，即實(shí)際兩點(diǎn)間時(shí)間大于0.10 s，故測(cè)量值會(huì)偏大3(2018啟東中學(xué)模擬)某研究性學(xué)習(xí)小組用圖10裝置來測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋饕僮鞑襟E如下：安裝實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上；打開試管夾，由靜止釋放小鐵球(直徑足夠小)，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，并用刻度尺(圖上未畫出)測(cè)量出兩個(gè)光電門之間的高度h，計(jì)算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v；保持光電門1的位置不變，改變光電門2的位置，重復(fù)的操作測(cè)出多組(h，t)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的平均速度v；畫出vt圖象圖10請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，回答如下問題：(1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門1時(shí)的速度為v0，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則小鐵球通過兩光電門間平均速度v的表達(dá)式為(用v0、g和t表示)(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456h(cm)10.0020.0030.0040.0050.0060.00t(s)0.0690.1190.1590.1950.2260.255v(ms1)1.451.681.892.052.212.36請(qǐng)?jiān)趫D11坐標(biāo)紙上畫出vt圖象圖11(3)根據(jù)vt圖象，可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭m/s2，試管夾到光電門1的距離約為cm.(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)vv0gt(2)見解析圖(3)9.7(9.59.9)6.5(6.36.7)解析(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得vv0gt.(2)描點(diǎn)畫圖，如圖所示(3)根據(jù)vv0gt可知，vt圖象的斜率k，解得g9.7m/s2；圖象與縱軸的截距為小球經(jīng)過光電門1時(shí)的速度v0，約為1.12 m/s，根據(jù)v022gh得h6.5cm.