2019高中物理 重难点复习一本通 专题04 实验：研究匀变速直线运动重、难点通关学案1.doc

1专题专题 0404 实验：研究匀变速直线运动实验：研究匀变速直线运动1 1实验器材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2 2实验原理实验原理3 3实验步骤实验步骤（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；（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 4注意事项注意事项（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 67 个计数点为宜【典例精析典例精析】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）2电火花计时器、刻度尺、秒表、带滑轮长木板、小车、纸带、天平。（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） （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。【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。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E做完实验后应将纸带及时甩进垃圾桶F实验完成后应将器材拆卸如初，并摆放整齐【答案】ABFF 正确；故选 ABF.32如图所示为实验室常用的力学实验装置。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。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4（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）。（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某同学做“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5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 50Hz（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）该同学进行了以下实验操作步骤，其中错误的步骤是_A将打点计时器固定在长木板有滑轮一端，并接好电路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.（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6重难点重难点 2 2 数据处理数据处理1 1数据处理数据处理（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利用逐差法求解平均加速度a1，a2，a3ax4x1 3T2x5x2 3T2x6x3 3T2a1a2a3 3利用平均速度求瞬时速度：vnxnxn1 2Tdn1dn1 2T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 2依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动（1）x1、x2、x3xn是相邻两计数点间的距离（2）x是两个连续相等的时间里的位移差：x1x2x1，x2x3x2.（3）T是相邻两计数点间的时间间隔：T0.02n（打点计时器的频率为 50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数）（4）xaT2，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50Hz），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该匀变速直线运动的加速度a=_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 1.397【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2xaT ，计数点间的时间为，结合逐差法得：2 21.93m/s9CFOCxxaT .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1.39m/s2DF ExvT .【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_。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（2）打点计时器的频率是 50Hz 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2()mnxxmn aT，即 2 413xxaT，代入数据解得：22.21m/sa 。【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。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）8（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；（4）若电源实际频率高于 50Hz，计算时仍按照 50Hz 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【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，0.34m/s2CE DxvT 。（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，2 20.40m/s4CFACxxaT .（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 50Hz 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 a 表示。9 OD 间的距离为_cm 。如图是根据实验数据绘出的 st2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、50Hz 交流电源，其中s17.05cm，s27.68cm，s38.33cm，s48.95cm，s59.61cm，s610.26cm，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 1 2a0.936 （2）0.64（2）根据逐差法654321 29ssssssaT 可知，20.64m/sa 【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）。10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 50Hz。（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；（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； （3）计数点 D 对应的速度大小为0.35m/sDv ；11（4）利用逐差法得：20.50m/sa 。