最新高考物理一轮突破实验一 研究匀变速直线运动的特点

实验一　研究匀变速直线运动的特点【实验过程】1．仪器安装：(1)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。2．测量与记录：(1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，再做两次。(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始每5个点确定1个计数点，即计数点的时间间隔为T＝0.1 s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中。(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。(4)增减所挂钩码的个数，再重复实验两次。【数据处理】1.由实验数据得出v­t图象：(1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。(2)作一条直线，使同一次实验得到的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，这条直线就是本次实验的v­t图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。2.由实验得出的v­t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律：(1)直接分析图象的特点得出。小车运动的v­t图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值Δt时，速度也会增加相同的值Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化。(2)通过函数关系进一步得出。既然小车的v­t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，显然v与t成线性关系，小车的速度随时间均匀变化。3．对纸带进行分段，用Δx＝aT2计算加速度：若纸带上计数段为偶数，直接分为前后两段计算，若纸带计数段为奇数，可以舍掉首段进行计算。【误差分析】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图象并不是一条直线。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。【注意事项】1．平行：纸带和细绳要和木板平行。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．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。5．区分计时点和计数点：计时点是指计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s。6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(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。教材原型实验【典例1】(1)如图所示为“探究小车速度随时间的变化规律”的实验装置图，按照实验要求应该(　　)A.先释放小车，再接通电源B．先接通电源，再释放小车C．释放小车和接通电源同时进行操作(2)本实验必须(　　)A．要平衡摩擦力B．要求悬挂物的质量远小于小车的质量C．上述两项要求都不需要(3)如图所示，在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，从得到的纸带中确定五个计数点，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC＝____________m/s，小车的加速度a＝__________m/s2。(结果保留2位有效数字)创新型实验类型一　不变目的变装置(打点计时器改为传感器)【典例2】如图所示是研究小车运动s­t图和v­t图的实验装置。(1)信号发射器和信号接收器组成____________传感器。DIS实验系统除传感器外还需要的主要仪器有__________和计算机。(2)测定加速度，通过位移传感器获得小车运动的v­t图象，小车在AB区域内可视为______________运动，此区域内小车的加速度 a＝__________m/s2，位移是__________m。类型二　不变目的变数据处理方式(应用v­t图象外的其他图象进行数据处理)【典例3】物理小组的同学用如图甲所示的实验器材测定重力加速度。实验器材有：底座带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器，其中光电门1在光电门2的上方，小球释放器(可使小球无初速度释放)、网兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球直径为__________cm。(2)改变光电门1的位置，保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v四个物理量之间的关系式为：h＝__________。(3)根据实验数据作出­t图象如图丙所示，若图中直线斜率的绝对值为k，根据图象得出重力加速度g的大小为__________。 答案解析教材原型实验【典例1】(1)如图所示为“探究小车速度随时间的变化规律”的实验装置图，按照实验要求应该(　　)A.先释放小车，再接通电源B．先接通电源，再释放小车C．释放小车和接通电源同时进行操作(2)本实验必须(　　)A．要平衡摩擦力B．要求悬挂物的质量远小于小车的质量C．上述两项要求都不需要(3)如图所示，在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，从得到的纸带中确定五个计数点，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC＝____________m/s，小车的加速度a＝__________m/s2。(结果保留2位有效数字)【解析】(1)实验中应该先接通电源，再释放小车，选项B正确。(2)本实验不是验证牛顿第二定律的实验，只需要保持合力恒定即可，选项C正确。(3)根据匀变速直线运动的规律，有vC＝＝1.1 m/s，加速度a＝＝2.0 m/s2。答案：(1)B　(2)C　(3)1.1　2.0创新型实验类型一　不变目的变装置(打点计时器改为传感器)【典例2】如图所示是研究小车运动s­t图和v­t图的实验装置。(1)信号发射器和信号接收器组成____________传感器。DIS实验系统除传感器外还需要的主要仪器有__________和计算机。(2)测定加速度，通过位移传感器获得小车运动的v­t图象，小车在AB区域内可视为______________运动，此区域内小车的加速度 a＝__________m/s2，位移是__________m。【解析】(1)根据实验装置可以知道，信号发射器和信号接收器组成了位移传感器；根据实验原理可以知道，DIS实验还需要数据采集器和处理数据的计算机；(2)由v­t图可以知道图象AB部分为倾斜的直线，因此小车在AB部分做匀加速直线运动，图象的斜率大小等于小车的加速度，因此有：a＝＝ m/s2＝1.6 m/s2这段区域内的位移为与横轴围成的面积：x＝ m＝0.3 m 答案：(1)位移　数据采集器　(2)匀加速直线　1.6　0.3类型二　不变目的变数据处理方式(应用v­t图象外的其他图象进行数据处理)【典例3】物理小组的同学用如图甲所示的实验器材测定重力加速度。实验器材有：底座带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器，其中光电门1在光电门2的上方，小球释放器(可使小球无初速度释放)、网兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球直径为__________cm。(2)改变光电门1的位置，保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v四个物理量之间的关系式为：h＝__________。(3)根据实验数据作出­t图象如图丙所示，若图中直线斜率的绝对值为k，根据图象得出重力加速度g的大小为__________。【解析】(1)主尺读数为1.1 cm，游标尺读数为0.05×14 mm＝0.70 mm＝0.070 cm，所以最终读数为1.1 cm＋0.070 cm＝1.170 cm。(2)小球经过光电门2的速度为v，根据运动学公式得知从开始释放到经过光电门2的时间t′＝，所以从开始释放到经过光电门1的时间t″＝t′－t＝－t，所以经过光电门1的速度为v′，v′＝gt″＝v－gt，根据匀变速直线运动的推论得：两光电门间的距离h＝t＝vt－gt2。(3)由(2)问推导可得＝v－gt，若­t图线斜率的绝对值为k，则k＝g，所以重力加速度大小g＝2k。