專題03實驗：研究勻變速直線運動(重難點突破)-2024-2025高一上學(xué)期期末物理重難點講義-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1．由紙帶計算某點的瞬時速度
根據(jù)勻變速直線運動某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度vn＝來計算．
2．利用紙帶求物體加速度的方法
根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰計數(shù)點之間的時間間隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝＝即為物體的加速度．
在數(shù)據(jù)處理時可以對紙帶重新分段，把6段距離分為“前三”和“后三”，“后三”減“前三”也為相鄰相等時間間隔內(nèi)的位移差，時間間隔為3T.
3．減小實驗誤差的措施
（1）紙帶上計數(shù)點間距測量有偶然誤差，故要多測幾組數(shù)據(jù)，以盡量減小誤差．
（2）用作圖法作出的v -t圖象各點并不會都在一條直線，為此在描點時最好用坐標(biāo)紙在縱、橫軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點．
（3）紙帶運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時紙帶、細繩要與長木板平行，同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率．
1．在“測定勻變速直線運動加速度”的實驗中：

（1）打點計時器是利用（填“直流”或“交流”）電源進行的計時儀器，若電源頻率為，則它們每隔秒打一個點，其中電火花打點計時器所用電壓為伏；
（2）除打點計時器（含紙帶，復(fù)寫紙），小車，一端附有滑輪的長木板，細繩，鉤碼，導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有；（填選項代號）
A．電壓合適的交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平
（3）實驗過程中，下列做法正確的是。
A．先釋放小車，再接通電源
B．先接通電源，再釋放小車
C．將接好紙帶的小車停在靠近長木板滑輪處
D．將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處
2．在探究小車做勻變速直線運動的規(guī)律的實驗中，用到如圖甲、乙所示的兩種打點計時器。

（1）圖乙是（填“電磁打點計時器”或“電火花打點計時器”），其電源采用的是（填“交流約8V”或“交流220V”）。
（2）關(guān)于打點計時器的使用，下列說法正確的是。
A．在測量物體速度時，應(yīng)先讓物體運動，后接通打點計時器的電源
B.電磁打點計時器和電火花打點計時器可以使用同樣的電源
C.使用的電源頻率越低，打點的時間間隔就越大
D.紙帶上打的點越密，說明物體運動得越快
（3）某次實驗中得到一條如圖丙所示的紙帶，紙帶上相鄰計數(shù)點間還有四個點沒畫出來，用刻度尺測得、、、間的距離分別為，，，，計時器打點頻率為50Hz。則相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為 s。從O點到C點紙帶的平均速度大小為 m/s；打點B時小車的速度大小 m/s；小車運動的加速度大小 m/s（保留兩位小數(shù)）。
3．在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”實驗中：
(1)實驗器材有一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、電火花打點計時器、導(dǎo)線和復(fù)寫紙。除上述器材外，還需要使用的有（填選項前字母）。
A．交流電源B．交流電源C．秒表D．刻度尺
(2)甲同學(xué)在實驗中得到如圖所示的一條紙帶（兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出），已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出第4個計數(shù)點的瞬時速度為 m/s，小車的加速度為（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
4．某同學(xué)用圖甲所示裝置探究小車做勻變速直線運動的規(guī)律，他采用電火花計時器進行實驗。
（1）請在下面列出的實驗器材中，選出本實驗中不需要的器材填在橫線上（填編號）。
①電火花計時器 ②天平 ③低壓交變電源
④細繩和紙帶 ⑤砝碼、托盤和小車 ⑥刻度尺 ⑦停表 ⑧一端帶有滑輪的長木板
（2）安裝好實驗裝置后，先，再。紙帶上打出一系列點，其中一段如圖乙所示，可知紙帶的（填“左”或“右”）端與小車相連。
（3）如圖乙所示的紙帶上，A、B、C、D、E為紙帶上所選的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間時間間隔為0.1s，則vB＝ m/s，a＝ m/s2。
5．光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來。圖乙中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10-2s和4.0×10-3s。用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。
(1)滑塊的寬度d= cm。
(2)滑塊通過光電門1時的速度v1= m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2= m/s。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將的寬度減小一些。
6．研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖（a）。打點計時器的工作頻率為50Hz。紙帶上計數(shù)點的間距、、、、、，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。
(1)部分實驗步驟如下：
A．測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶
B．接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車
C．將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連
D．把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔
上述實驗步驟的正確順序是：（用字母填寫）。
(2)圖（b）中標(biāo)出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔 s。
(3)計數(shù)點5對應(yīng)的瞬時速度大小為 m/s。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
(4)充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小為。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
7．利用圖1所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度，一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動，當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t，改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、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。
完成下列填空和作圖：
（1）若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值s和t四個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2給出的坐標(biāo)紙上畫出圖線；
（3）由所畫出的圖線，得出滑塊加速度的大小為a= m/s2（保留2位有效數(shù)字）。
8．（1）研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖
（a）所示其中斜面傾角θ可調(diào)，打點計時器的工作頻率為50Hz。紙帶上計數(shù)點的間距如圖；
（b）所示，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。
①部分實驗步驟如下：
A.測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶
B.接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車
C.將小車依靠在打點計時器附近，小車尾部與紙帶相連
D.把打點計時器固定在平板上
讓紙帶穿過限位孔上述實驗步驟的正確順序是：（用字母填寫）
②圖（b）中標(biāo)出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T= s
③計數(shù)點5對應(yīng)的瞬時速度大小計算式為v5= 。
④為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應(yīng)為a= 。
創(chuàng)新角度
實驗裝置圖
創(chuàng)新解讀
實驗裝置的改進與創(chuàng)新
用滴水針頭替代打點計時器打紙帶
用光電門替代打點計時器測速度、加速度
用頻閃照相代替打點計時器測速度、加速度
實驗原理及數(shù)
據(jù)的獲
取與測量
1.滑塊在斜面上靠重力沿斜面向下的分力與摩擦力的合力獲得加速度
2．擋光片經(jīng)過光電門的平均速度作為滑塊速度
3．平均速度的大小與擋光片的長度有關(guān)
實驗原理及數(shù)
據(jù)的獲
取與測量
1.物塊在斜面上靠重力沿斜面向下的分力與摩擦力的合力獲得加速度
2.由紙帶確定物塊的加速度
3.結(jié)合牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)
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
s/t(m/s)
1.71
1.62
1.55
1.45
1.34
1.22
參考答案：
1．交流 0.02 220 AC##CA BD##DB
【詳解】（1）[1]打點計時器是利用交流電源進行的計時儀器。
[2]若電源頻率為，則它們每隔
秒打一個點。
[3]電火花打點計時器所用電壓為220伏。
（2）[4] AB．必須使用的有電壓合適的交流電源，使打點計時器能正常工作，A正確，B錯誤；
C．紙帶上計數(shù)點間的距離需要測量，因此必須使用刻度尺，C正確；
D．打點計時器記錄了時間，因此不需要秒表，D錯誤；
E．鉤碼和小車都不需要測量質(zhì)量，因此不需要天平，E錯誤。
故選AC。
（3）[5] A．先釋放小車，再接通電源，這樣在紙帶上會打出很少的點，紙帶的利用率很低，會產(chǎn)生較大的實驗誤差，A錯誤；
BD．將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車，紙帶會得到充分的利用，紙帶上會得到更多的數(shù)據(jù)，以減小實驗誤差，BD正確；
C．將接好紙帶的小車停在靠近長木板滑輪處，紙帶上會打出很少的點，會增大實驗誤差，C錯誤。
故選BD。
2．電火花打點計時器交流220V C 0.1 0.54 0.55 0.20
【詳解】（1）[1]圖乙是電火花打點計時器。
[2]電火花計時器電源采用的是交流220V。
（2）[3]A．在測量物體速度時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，再讓物體運動，A錯誤；
B．電磁打點計時器和電火花打點計時器可以使用的電源電壓不一樣，B錯誤；
C．使用的電源頻率越低，打點的時間間隔就越大，C正確；
D．紙帶上打的點越密，說明物體運動得越慢，D錯誤。
故選C。
（3）[4]紙帶上相鄰計數(shù)點間還有四個點沒畫出來，相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為
[5]從O點到C點的時間間隔
從O點到C點紙帶的平均速度大小為
[6]打點B時
[7]由逐差法，有小車的加速度大小
3．(1)BD
(2) 0.81 2.0
【詳解】（1）AB．電火花打點計時器需要交流電源，A錯誤，B正確；
C．由電火花打點計時器計時，因此不需要秒表，C錯誤；
D．紙帶上計數(shù)點間的距離需要用刻度尺測量，D正確。
故選BD。
（2）[1]已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，可知紙帶上相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為
由勻變速直線運動在某段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可得，第4個計數(shù)點的瞬時速度為
[2]由勻變速直線運動的推論可得，小車的加速度為
4． ②③⑦ 接通電源釋放小車左 0.26 0.4
【詳解】（1）[1]本實驗不需要天平測量質(zhì)量，電火花計時器應(yīng)使用220V交變電源，也不需要用停表測時間，故不需要的器材為②③⑦。
（2）[2][3][4]正確的操作順序是先接通電源，再釋放小車，不能顛倒，紙帶上和小車相連的一端先被打點，此時紙帶速度較小，點間距離較小，故左端與小車相連。
（3）[5] B點對應(yīng)的速度是
vB＝＝m/s＝0.26m/s
[6]連續(xù)相等時間的四段位移可以判別式結(jié)合逐差法得
a＝＝0.4m/s2
5．(1)1.010
(2) 1.0 2.5
(3) 平均速度滑塊
【詳解】（1）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為主尺讀數(shù)與游標(biāo)尺讀數(shù)之和，所以滑塊的寬度為
（2）[1][2]滑塊通過光電門1、2的速度分別為
（3）[1]由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的平均速度；
[2]要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些。
6． DCBA
【詳解】（1）[1] 在實驗過程中應(yīng)先固定打點計時器，再放置小車，然后打開電源，最后釋放小車，完畢關(guān)閉電源，所以正確的順序是：DCBA。
（2）[2] 每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出，相鄰計數(shù)點的時間間隔均為
（3）[3] 計數(shù)點5對應(yīng)的瞬時速度
（4）[4] 小車加速度
7．（或者）圖像如圖
2.0（1.8~2.2）
【詳解】（1）[1]已知滑塊沿斜面下滑時做勻加速運動，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值s和t四個物理量，因為時速度v1是下滑的末速度，所以我們可以看下滑的逆過程，所以滿足的關(guān)系式是
（2）[2]根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖2給出的坐標(biāo)紙上畫出圖線，注意，題中所給圖的縱坐標(biāo)刻度不是常見的均勻刻度。
（3）[3]由
整理得
由表達式可知，加速度等于斜率絕對值大小的兩倍，所以由圖象得出滑塊加速度的大小為
8． DCBA 0.10s
【詳解】①[1]按常規(guī)實驗步驟，先安裝再操作后整理，再根據(jù)打點計時器的使用方法可知正確步驟為DCBA；
②[2] 相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出，相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為
T=5×0.02s=0.10s
③[3]由
得
④[4]為了充分利用數(shù)據(jù)，應(yīng)采用逐差法
a=

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