2020高考物理總復(fù)習(xí) 教師用書 1-4實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 必修1

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1、第4講　實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．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． 2．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v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度． 實(shí)驗(yàn)原理 1. 2. 實(shí)驗(yàn)過程 注意事項(xiàng) 1．平行：紙帶和細(xì)繩要和木板平行． 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)，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞． 4．減小誤差：小車的加速度宜適當(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50 cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)

2、計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜. 用“紙帶法”測(cè)速度、加速度 【例1】 (2020·海口模擬)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中： (1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：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、交流電源、復(fù)寫紙、彈簧測(cè)力計(jì)．其中在本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是______． (2)如圖1－4－1所示，是某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的表示小車運(yùn)動(dòng)過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝0.02 s，其中s1＝7.05 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.33 cm、s4＝8.95 cm、s5＝9.61 cm、s6＝10.26

3、cm. 圖1－4－1 下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、F時(shí)小車的瞬時(shí)速度，請(qǐng)?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D、E兩點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度. 位置 B C D E F 速度/(m·s－1) 0.737 0.801 0.994 (3)以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖1－4－2坐標(biāo)圖中畫出小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線． 圖1－4－2 (4)根據(jù)你畫出的小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線計(jì)算出的小車的加速度a＝________ m/s2. 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量力的大小，因此不需要的器材是彈簧測(cè)力計(jì)． (2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度知：

4、 vD＝ ＝ ＝0.864 m/s 同理可得vE＝0.928 m/s. (3)小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線如圖所示． (4)在v－t圖象中，圖線的斜率表示加速度的大小，則 a＝＝(0.64±0.01)m/s2. 答案　(1)彈簧測(cè)力計(jì)　(2)0.864　0.928　(3)見解析圖　(4)(0.64±0.01) 用“紙帶法”測(cè)重力加速度 【例2】 (2020·全國(guó)Ⅱ) 圖1－4－3 利用圖1－4－3中所示的裝置可以研究自由落體運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)整好儀器，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，松開紙帶，使重物下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器會(huì)在紙帶上打出一系列的小點(diǎn)． (1)為了測(cè)得重物下落的加速

5、度，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有________．(填入正確選項(xiàng)前的字母) A．天平 B．秒表 C．米尺 (2)若實(shí)驗(yàn)中所得到的重物下落的加速度值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，而?shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理均無錯(cuò)誤，寫出一個(gè)你認(rèn)為可能引起此誤差的原因：________________________________________________________________________. 解析　本題考查自由落體運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)器材的選取，實(shí)驗(yàn)誤差的分析等知識(shí)點(diǎn)．考查考生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力．(1)處理紙帶求加速度，一定要知道長(zhǎng)度，則要有米尺；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就是測(cè)量時(shí)間的工具，則不需要秒表，重力加速度的值

6、和物體的質(zhì)量無關(guān)，則不需要天平．(2)加速度小了，說明物體受到了阻力作用，據(jù)此說一條理由就行． 答案　(1)C　(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶間存在摩擦 ——本題考查用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)重力加速度 涉及器材的選取，選取器材要遵循以下幾個(gè)基本原則： (1)可行：指所選用的器材要確實(shí)能保證實(shí)驗(yàn)的需要，使實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期的目的和效果． (2)安全：指所選用的器材在實(shí)驗(yàn)中能正常工作不致?lián)p壞． (3)精確：指選用的實(shí)驗(yàn)器材要能盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差. 【例3】 (2020·課標(biāo)全國(guó)卷，23)利用圖1－4－4所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度．一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電

7、門甲的位置可移動(dòng)．當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示． 圖1－4－4 s/m 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t/ms 292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 /(m·s－1) 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 完成下列填空和作圖： (1)若滑

8、塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時(shí)的瞬時(shí)速度v、測(cè)量值s和t四個(gè)物理量之間所滿足的關(guān)系式是________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖1－4－5給出的坐標(biāo)紙上畫出－t圖線； 圖1－4－5 (3)由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 解析　可認(rèn)為滑塊從乙到甲做勻減速直線運(yùn)動(dòng)， 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有s＝vt－at2，得 ＝v－at， 根據(jù)所給數(shù)據(jù)描點(diǎn)并連線如圖所示， 圖線的斜率為－a， 根據(jù)圖象得a＝2.0 m/s2(1.8～2.2 m/s2都算對(duì)) (注意結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．

9、 答案　(1)s＝vt－at2或＝v－at　 (2)見解析圖 (3)2.0 1．在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的操作步驟如下，其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有(遺漏可編上序號(hào)F、G……)________． A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先放開紙帶，再接通電源 B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電源 C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼 D．取下紙帶 E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上 ______________________________

10、__________________________________________ 解析　A中應(yīng)先接通電源再放開紙帶，D中先斷開電源，使計(jì)時(shí)器停止工作，再取下紙帶；遺漏F，換上新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次． 答案　ADF　BECADF 2．如圖1－4－6所示是某同學(xué)測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，圖上注明了他對(duì)各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測(cè)量結(jié)果． 圖1－4－6 (1)為了驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)進(jìn)行下列計(jì)算，填入表內(nèi)(單位：cm). s2－s1 s3－s2 s4－s3 s5－s4 s6－s5 各位移差與平均值最多相差

11、________cm，由此可以得出結(jié)論：小車的位移差在________范圍內(nèi)相等，所以小車的運(yùn)動(dòng)是________． (2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可以求得物體的加速度a＝＝________m/s2. (3)根據(jù)an－3＝，可求出a1＝＝________m/s2，a2＝＝________m/s2，a3＝＝________m/s2，所以，＝＝________m/s2. 答案　(1)1.60　1.55　1.62　1.53　1.61　1.58　0.05　任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間里、在誤差允許的　勻加速直線運(yùn)動(dòng)　(2)1.58　(3)1.59　1.57　1.59　1.58 3．(2020·廣東

12、理綜，34(1))如圖1－4－7是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶． 圖1－4－7 (1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為________． (2)A、B、C、D是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出．從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x＝________；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是________(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50 Hz，周期T＝＝0.02 s，故打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s；(2)兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.02×5 s＝0.1 s，由圖讀出x＝7.0 mm＝0.70 cm.C點(diǎn)

13、對(duì)應(yīng)速度vC＝＝ cm/s＝0.100 m/s. 答案　(1)0.02 s　(2)0.66～0.70 cm　0.100 m/s 4．(2020·廣東卷，34(1))圖1－4－8是“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，加速度大小用a表示． 圖1－4－8 ①OD間的距離為________cm. ②圖1－4－9是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的s－t2圖線(s為各計(jì)數(shù)點(diǎn)至同一起點(diǎn)的距離)，斜率表示________，其大小為________m/s2(保留三位有效數(shù)字)． 圖1－4－9 解析　①1 cm＋1 mm×2.0＝1.20 cm. ②加速

14、度的一半， a＝ m/s2＝0.467 m/s2， 所以加速度大小a≈0.933 m/s2. 答案?、?.20?、诩铀俣鹊囊话搿?.933 5．一小球在桌面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球運(yùn)動(dòng)過程中在每次曝光時(shí)的位置，并將小球的位置編號(hào)，得到的照片如圖1－4－10所示．由于底片保管不當(dāng)，其中位置4處被污損．若已知攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均為1 s，則利用該照片可求出：小球運(yùn)動(dòng)的加速度約為________m/s2.位置4對(duì)應(yīng)的速度為________ m/s，能求出4的具體位置嗎？________.求解方法是：____________________(

15、不要求計(jì)算，但要說明過程)． 圖1－4－10 解析　從圖中讀出5、6之間的距離為37.5 cm－24.0 cm＝13.5 cm,2、3之間的距離為6.0 cm－1.5 cm＝4.5 cm，利用逐差法有s56－s23＝3aT2，求出a＝3.0×10－2 m/s2；位置4對(duì)應(yīng)的速度為v4＝＝×10－2 m/s＝9×10－2 m/s；欲求4的具體位置，可以采用逐差法利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2求解． 答案　3.0×10－2(2.8×10－2～3.1×10－2均可)　9×10－2 能　利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2可以求出位置4的具體位置(其他方法合理均可)

16、 6．(2020·東莞模擬)在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，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O、A、B、C、D、E、F共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(圖中每相鄰兩個(gè)記數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的點(diǎn)未畫出)，如圖1－4－11所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接的是50 Hz的低壓交流電源．他將一把毫米刻度尺放在紙帶上，其零刻度和記數(shù)點(diǎn)O對(duì)齊，從刻度尺上直接讀取數(shù)據(jù)記錄在表中． 圖1－4－11 線段 OA OB OC OD OE OF 數(shù)據(jù)/cm 0.54 1.53 2.92 4.76 7.00 9.40 ①由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打A，B，C，D，E各點(diǎn)時(shí)物體的速

17、度，如下表所示. 各點(diǎn)速度 vA vB vC vD vE 數(shù)據(jù)/(×10－2m/s) 7.70 12.0 16.2 20.4 表中E點(diǎn)的速度應(yīng)該為________m/s. ②試根據(jù)表格中數(shù)據(jù)和你求得的E點(diǎn)速度在右上方所給的坐標(biāo)中，作出v－t圖象，如圖1－4－12.從圖象中求得物體的加速度a＝________m/s2(取兩位有效數(shù)字) 圖1－4－12 解析　根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度即vE＝，OF－OD＝DF＝4.64 cm，T＝0.1 s，vE＝2.32×10－2m/s加速度可根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出圖線斜率． 答案　①23.2×10－2 ②0.42(0.40～0.44)