2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：第一章实验1　研究匀变速直线运动

实验1　研究匀变速直线运动

(1)把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，将滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，并把打点计时器连接在电源上．

(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．使纸带穿过打点计时器(注意纸带要放在打点计时器中的复写纸下方)，并把它的一端固定在小车的后面，调节滑轮的高度，使细绳与长木板平行．实验装置如图所示．

(3)将小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，等打点计时器打点稳定后，放开小车，换上新纸带，重复实验3次．

(4)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0，1，2，3，4，…，测量各计数点到0点的距离d，记录并填入表中．

(5)计算出相邻的计数点之间的距离s1，s2，s3，…

(6)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，求出各计数点1，2，3，4，…的瞬时速度，填入表格中．

(7)增减所挂钩码数，再做两次实验．

1．由实验数据得出v-t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v-t图线，它是一条倾斜的直线．

2．由v-t图象进一步得出小车运动速度随时间变化的规律

有两个途径进行分析：

(1)直接分析图象的特点得出．

小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值Δt，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)通过函数关系得出．既然小车运动的v-t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．

(1)纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差．

(2)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率．

(3)用作图法作出的v-t图象并不是一条直线．为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点．

1．平行

纸带、细绳要和长木板平行．

2．靠近

释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．

3．先后顺序

实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带．

4．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，小车与滑轮碰撞．

5．减小误差

小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．

6．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．

7．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，应作一条平滑曲线，让各点尽量落到这条曲线上，落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧．

考点一  实验原理与操作

　在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________________．

A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

B．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

C．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车

D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面

E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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，重复三次

F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的开始点下面记作0，往后第六个点作为计数点1，依此标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两点间的距离

G．根据公式a1＝，a2＝，a3＝及a＝求出a

答案：ABCDFG

1．打点计时器．

①作用：计时仪器．

②工作条件

2．纸带上点的意义．

①反映和纸带相连的物体在不同时刻的位置．

②通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况．

③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．

考点二数据处理与误差分析

　(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz.纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个点未画出．

(1)部分实验步骤如下：

A．测量完毕，关闭电源，取出纸带

B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车

C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连

D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔

上述实验步骤的正确顺序是：________(用字母填写)．

(2)图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔T＝______s.

(3)计数点5对应的瞬间速度大小计算式为v5＝____.

(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________．

解析：(2)因相邻两个计数点间还有4个点未画出，故图乙中标出的相邻两个计数点的时间间隔为0.1 s.

(3)根据一段时间的平均速度等这段时间中间时刻的瞬时速度，得v5＝.

(4)当有多组数据求解加速度时，应采用逐差法求加速度，则

a＝.

答案：(1)DCBA　(2)0.1 s　(3)

(4)

1．利用纸带判断物体运动状态的方法．

(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，则说明物体在相等时间内速度的变化量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即a＝＝＝＝…

(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.

2．速度、加速度的求解方法．

(1)“逐差法”求加速度：如图所示纸带，相邻两点的时间间隔为T，且满足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，即a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即a＝，这样可使所给数据全部得到利用，以提高准确性．

　(2)“平均速度法”求速度：如图所示纸带，相邻两点的时间间隔为T，n点的瞬时速度为vn.

即vn＝.

(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v-t图象，直线的斜率即加速度．

考点三  实验的改进与创新

　(2017·全国卷Ⅱ)某同学研究固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．

图甲　　　　　　　　　　　图乙

实验步骤如下：

①如图甲，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；

②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；

③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度，如图乙所示，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出；

④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；

⑤多次重复步骤④；

⑥利用实验中得到的数据作出v—­Δt图，如图丙所示．

图丙

完成下列填空：

(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v与vA、a和Δt的关系式为＝________________．

(2)由图丙可求得，vA＝________cm/s，a＝____cm/s2.

(结果保留三位有效数字)

解析：(1)是Δt时间内中间时刻的瞬时速度，vA为Δt时间内的初速度，根据速度公式得＝vA＋a＝vA＋Δt.

(2)由＝vA＋Δt可知，图丙中图线与轴的交点为vA，图线的斜率为.将图线延长可知，vA＝52.1 cm/s，在图线上选取较远的两点，求得斜率＝ cm/s2≈8.17 cm/s2，即a≈16.3 cm/s2.

答案：(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.3(15.8～16.8均可)

1．加速度是靠重力沿斜面方向的分力获得．

2．速度的测量方法：测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的时间(挡光时间)Δt，由v＝求出．

3．数据处理：通过光电门记录小车通过的时间，研究小车通过光电门的初末状态，借助-Δt图象的斜率和截距分析数据．