實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)命題研析實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)落實(shí)基礎(chǔ)·提煉精髓●注意事項(xiàng)1.兩先兩后: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.2.防止碰撞:在到達(dá)長木板末端前應(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.3.減小誤差:小車的加速度要適當(dāng)大些,可以減小長度的測(cè)量誤差.4.準(zhǔn)確作圖:在坐標(biāo)紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過密或過疏,而導(dǎo)致誤差過大),仔細(xì)描點(diǎn)連線,不能連成折線,應(yīng)作一條直線.●誤差分析1.使用刻度尺測(cè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離時(shí)有誤差.2.作v-t圖像時(shí)出現(xiàn)作圖誤差.3.電源頻率不穩(wěn)定,造成打點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相同.4.長木板粗糙程度不均勻,小車運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度有變化造成誤差.命題研析突破常規(guī)·注重創(chuàng)新命題點(diǎn)一常規(guī)實(shí)驗(yàn)【典例1】

(2019·江西上饒高三檢測(cè))利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律.其中交變電流的頻率為50Hz,如圖給出了該次實(shí)驗(yàn)中,從A點(diǎn)開始,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶,其中A,B,C,D,E,F,G都為計(jì)數(shù)點(diǎn).測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離分別為d1=1.40cm,d2=3.29cm,d3=5.69cm,d4=8.59cm,d5=12.00cm,d6=15.90cm.解析:(1)如果該紙帶A端與小車相連,則小車的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)锽→A,由于從左向右計(jì)數(shù)點(diǎn)間距逐漸增大,且相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離增加約為Δd=0.5cm,故小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng).答案:(1)B→A勻加速(1)如果該紙帶A端與小車相連,則小車的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?/p>

(選填“A→B”或“B→A”),且小車做

(選填“勻加速”“勻減速”或“變加速”)直線運(yùn)動(dòng).

(2)在打計(jì)數(shù)點(diǎn)F時(shí),小車運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度為vF=

m/s,小車的加速度大小為a=

m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

答案:(2)0.37

0.50解析:(3)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓略偏小,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)時(shí)間間隔不變,加速度a的測(cè)量值不變,加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比不變.答案:(3)不變(3)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓略偏小,但仍然穩(wěn)定,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比

(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

【典例2】

在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中.如圖(甲)所示,某同學(xué)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,紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.10s,其中x1=7.05cm,x2=7.68cm,x3=8.33cm,x4=8.95cm,x5=9.61cm,x6=10.26cm.(1)下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B,C,E,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點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度.位置BCDEF速度(m/s)0.7370.8010.9280.994請(qǐng)以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),在圖(乙)中畫出小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線.答案:(1)0.864圖見解析(2)根據(jù)你畫出的小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線計(jì)算出小車加速度a=

m/s2;A點(diǎn)的瞬時(shí)速度為

m/s.(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

解析:(2)由圖像可知a=0.64m/s2,A點(diǎn)的初速度為vA=vB-aT=0.67m/s.答案:(1)0.864圖見解析(2)0.640.67方法技巧(1)在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,只需保證小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)即可,與加速度的大小和決定其大小的因素?zé)o關(guān),因此沒必要要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量及平衡摩擦力.題組訓(xùn)練1.(1)在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,下列方法中有助于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是

(填正確答案標(biāo)號(hào)).

A.選取計(jì)數(shù)點(diǎn),把每打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)間單位B.一定要平衡摩擦力C.舍去紙帶上開始時(shí)密集的點(diǎn),只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測(cè)量、計(jì)算D.適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)解析:(1)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間隔比相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔大,在用直尺測(cè)量這些點(diǎn)間距離時(shí),誤差較小,A正確;在實(shí)驗(yàn)中,只要保持小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)即可,與是否存在摩擦力無關(guān),小車加速度應(yīng)適當(dāng)大些,如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過小,那么打出的點(diǎn)就過密,長度測(cè)量的誤差較大,因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些,可適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù),以增大拉力,故B錯(cuò)誤,D正確;為了減小長度測(cè)量的誤差,應(yīng)舍去紙帶上過于密集和不清晰的點(diǎn),C正確.答案:(1)ACD(2)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交流電源的頻率為50Hz),得到如圖所示的紙帶,圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,下列表述正確的是

.

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開紙帶再接通電源B.(x6-x1)等于(x2-x1)的6倍C.從紙帶中可求出計(jì)數(shù)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的速率D.相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s答案:(2)C2.某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz.圖(乙)是實(shí)驗(yàn)中得到的一條較理想的紙帶,每兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s.通過計(jì)算已經(jīng)得出了打下B,C,D三個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),通過描點(diǎn)連線得到了如圖(丙)所示的圖像.試分析下列問題(保留三位有效數(shù)字).(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度vE=

m/s;(2)小車運(yùn)動(dòng)的加速度為a=

m/s2;(3)根據(jù)圖像求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)時(shí)的速度為vA=

m/s.(3)圖像在縱軸上的截距表示計(jì)時(shí)起點(diǎn)的速度vA=v0=0.320m/s.答案:(1)0.640(2)0.800(3)0.320命題點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖示創(chuàng)新角度分析2017全國Ⅰ卷,22(1)實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新:利用滴水計(jì)時(shí)器代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.(2)數(shù)據(jù)分析創(chuàng)新:由水滴的位置分布情況分析小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)替代分析紙帶上點(diǎn)跡.【典例3】(2017·全國Ⅰ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(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)的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)解析:(1)小車在水平桌面上做減速運(yùn)動(dòng),相鄰兩個(gè)水滴之間的距離越來越小,由圖(b)可知,小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)的.(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.

答案:(1)從右向左(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)果均保留兩位有效數(shù)字)

答案:(2)0.19

0.037【典例4】

(2017·全國Ⅱ卷,22)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系.使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器.實(shí)驗(yàn)步驟如下:①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt;完成下列填空:(2)由圖(c)可求得vA=

cm/s,a=

cm/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

答案:(2)52.1

16.3(15.8～16.8均可)題組訓(xùn)練1.(2019·福建三明月考)某同學(xué)用如圖(甲)裝置探究“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”,通過改變鉤碼個(gè)數(shù)可以使小車以不同的加速度做勻變速直線運(yùn)動(dòng).(1)某次實(shí)驗(yàn)中打下如圖(乙)的紙帶(圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出),但不小心把其中一段撕斷,圖(丙)中可能是從圖(乙)紙帶中撕下的是

;

解析:(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)相鄰的時(shí)間間隔位移之差相等得出x45-x12=3(x12-x01)=3×(5.44-3.00)cm=7.32cm,得x45=7.32cm+5.44cm=12.76cm,故C正確.答案:(1)C

(2)打圖(乙)紙帶時(shí),小車經(jīng)過計(jì)數(shù)點(diǎn)1的瞬時(shí)速度是

m/s,小車的加速度大小是

m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

答案:(2)0.422

2.442.(2018·貴州貴陽期末)利用如圖(甲)所示的裝置可以探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.將質(zhì)量為m1的物塊1與質(zhì)量為m2的物塊2(m1<m2)通過輕繩懸掛在定滑輪上,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(用頻率為50Hz的交流電)固定在豎直方向上,物塊1與穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連接.開始時(shí)托住物塊2使兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài),之后將物塊2自由釋放.圖(乙)所示為實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,O是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn),相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出.(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為

s;

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)要在接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源之

(選填“前”或“后”)釋放物塊2;

解析:(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T=0.02×5s=0.1s.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,后釋放物塊.答案:(1)0.1

(2)后(3)將各計(jì)數(shù)點(diǎn)至O點(diǎn)的距離依次記為h1,h2,h3,h4,測(cè)得h2=1.60cm,h4=6.40cm,則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為

m/s;

答案:(3)0.24(4)根據(jù)測(cè)出物塊1上升的高度h與相應(yīng)的時(shí)間t,描繪出如圖(丙)所示的h-t2圖線,由此可以求出物塊的加速度大小為

m/s2.

答案:(4)0.83.(2018·四川成都二診)圖(甲)為在氣墊導(dǎo)軌上研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的示意圖,滑塊上裝有寬度為d(很小)的遮光條,滑塊在鉤碼作用下先后通過兩個(gè)光電門,用光電計(jì)時(shí)器記錄遮光條通過光電門1的時(shí)間Δt以及遮光條從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2