人教版高考物理一轮总复习第1章实验1探究小车速度随时间变化的规律课时学案

这是一份人教版高考物理一轮总复习第1章实验1探究小车速度随时间变化的规律课时学案，共7页。学案主要包含了自主解答，技法总结，核心归纳等内容，欢迎下载使用。


1．平行：纸带和细线要和木板平行。
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：在小车到达长木板末端前，应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4．减小误差：小车的加速度要适当大些，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。
5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点迹密集部分，适当选取计数点。
6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位长度(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。
1．根据纸带测量的位移有误差。
2．电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不完全相等。
3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差。
4．用作图法作出的v­t图线并不是一条直线。
5．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。
考点1 实验思路与实验操作
eq \a\vs4\al(典例)(2018·北京高考)用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。
主要实验步骤如下：
A. 安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。
B. 选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F、…所示。
C. 通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E、…点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5、…
D. 以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图丙所示。
丙
结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_______和________。(填选项前的字母)
A. 电压合适的50 Hz交流电源
B. 电压可调的直流电源
C. 刻度尺
D. 秒表
E. 天平(含砝码)
(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。
(3)观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_____________。v-t图线斜率的物理意义是________________。
(4)描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度 eq \f(Δx,Δt) 表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是____________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)。
(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图丁所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的：________________________________________。
本题考查了速度与时间的关系，速度没有办法直接测量，所以要利用物理关系转换，转换成我们能够测量的量，然后再来验证速度与时间的关系。
【自主解答】
解析：(1)打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选A、C。
(2)利用所给点迹描点连线得图像，其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3，如图所示。
(3)结合图像可以看出小车的速度随时间均匀变化，所以小车做匀加速直线运动，图线的斜率代表了小车运动时的加速度。
(4)Δt越小，则 eq \f(Δx,Δt) 越接近计数点的瞬时速度，所以Δt越小越好，计算速度需要用到Δx的测量值，所以Δx的大小与速度测量的误差有关。
(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。(要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动的位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证。)
答案：(1)A C (2)见解析图 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化
考点2 数据分析与误差分析
eq \a\vs4\al(典例)(2019·全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是______点，在打出C点时物块的速度大小为______m/s(结果保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为______m/s2(结果保留2位有效数字)。
【自主解答】
解析：分析可知，物块沿倾斜长木板做匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A点到E点，间隔越来越大，可知物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点的瞬间，物块的速度vC＝ eq \f(xBD,2T)＝ eq \f(4.66×10－2,2×0.1) m/s＝0.233 m/s；根据逐差法可知，物块下滑的加速度a＝ eq \f(xCE－xAC,4T2)＝ eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6.15－3.15))×10－2,4×0.12) m/s2＝0.75 m/s2。
答案：A 0.233 0.75
【技法总结】
小车运动过程中某点瞬时速度的计算式vn＝ eq \f(xn＋xn＋1,2T)，是根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，计算加速度时用逐差法或v ­t图像求解。
考点3 实验的改进与创新
eq \a\vs4\al(典例)(2020·山东高考)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：
(ⅰ)如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
(ⅲ)该同学选取部分实验数据，画出了 eq \f(2L,t)-t图像，利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为 5.6 m/s2。
(ⅳ)再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。
回答以下问题：
(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为________m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m/s2。(结果均保留 2位有效数字)
(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为____m/s2。(结果保留2位有效数字，sin 37°＝0.60，cs 37°＝0.80)
【自主解答】
解析：(1)根据L＝v0t＋ eq \f(1,2)at2，可得 eq \f(2L,t)＝2v0＋at，则由 eq \f(2L,t)-t图像可知2v0＝64×10－2 m/s，则v0＝0.32 m/s，a＝k＝ eq \f(（185－70）×10－2,（39.5－2）×10－2) m/s2＝3.1 m/s2。
(2)由牛顿第二定律可知mg sin θ－μmg cs θ＝ma，即a＝g sin θ－μg cs θ，当θ＝53°时，a＝5.6 m/s2，即g sin 53°－μg cs 53°＝5.6 m/s2，当θ＝37°时，a＝3.1 m/s2，即g sin 37°－μg cs 37°＝3.1 m/s2，联立解得g＝9.4 m/s2。
答案：(1)0.32(或0.33) 3.1 (2)9.4
【核心归纳】
实验的创新点
实验思路的创新
1．滑块在斜面上靠重力的分力与摩擦力的合力获得加速度
2．挡光片经过光电门的平均速度作为滑块速度
3．平均速度的大小与挡光片的长度有关
1．物块在斜面上靠重力的分力与摩擦力的合力获得加速度
2．由纸带确定物块的加速度
3．结合牛顿第二定律求动摩擦因数
实验器材的创新
1．用滴水针头代替打点计时器打纸带计时
2．小车在水平桌面上因摩擦做匀减速运动
实验过程的创新
1．铁球靠重力产生加速度
2．铁球由A门运动到B门的时间可由数字毫秒表读出
3．铁球的加速度由 eq \f(x,t)-t图像分析得出