2020版物理浙江高考選考一輪復(fù)習(xí)講義：必修1第一章實(shí)驗(yàn)1探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

實(shí)驗(yàn)1　探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)過程注意事項(xiàng)1.平行：紙帶和細(xì)繩要和木板平行。2.兩先兩后：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。3.防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)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。4.減小誤差：小車的加速度要適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。5.紙帶選取：選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。6.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，讓各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)。7.區(qū)別“兩種點(diǎn)”(1)計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的實(shí)際點(diǎn)，兩相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02 s；計(jì)數(shù)點(diǎn)是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點(diǎn)，兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔由選擇點(diǎn)的個(gè)數(shù)而定。(2)紙帶上相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計(jì)數(shù)點(diǎn)越稀疏。 熱點(diǎn)一　教材原型實(shí)驗(yàn)【例1】　某同學(xué)利用圖1(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時(shí)間的變化。物塊放在桌面上，細(xì)繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz。紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在物塊上。啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。圖1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)?；卮鹣铝袉栴}：(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為________m/s。在打出D點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為________m/s；(保留2位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析　(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于該過程中的平均速度，所以vB＝＝ m/s＝0.56 m/s，vD＝＝ m/s＝0.96 m/s。(2)根據(jù)題意，物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)速度公式vD＝vB＋a·2T，代入數(shù)據(jù)整理可以得到a＝2.0 m/s2。答案　(1)0.56　0.96　(2)2.0【例2】　(1)如圖2所示為“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，按照實(shí)驗(yàn)要求應(yīng)該(　　)圖2A.先釋放小車，再接通電源B.先接通電源，再釋放小車C.同時(shí)釋放小車和接通電源(2)本實(shí)驗(yàn)必須(　　)A.要平衡摩擦力B.要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.上述兩項(xiàng)要求都不需要(3)如圖3所示，在“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，從得到的紙帶中確定五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1 s。則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度vC＝________ m/s，小車的加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)圖3解析　(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該先接通電源，再釋放小車，選項(xiàng)B正確。(2)本實(shí)驗(yàn)不是驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，只需要保持合力恒定即可，選項(xiàng)C正確。(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)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
熱點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1.情景拓展2.改進(jìn)獲取數(shù)據(jù)的方法(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度長(zhǎng)木板傾斜靠重力獲得加速度。(2)速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度測(cè)定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時(shí)間Δt，由v＝求速度。(3)加速度的測(cè)量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度利用經(jīng)過兩個(gè)光電門的瞬時(shí)速度，由速度—位移關(guān)系式求加速度。【例3】　(2017·全國卷Ⅱ，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(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。圖4實(shí)驗(yàn)步驟如下：①如圖4(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；③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度[如圖(b)所示]，v表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出v；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出v －Δt圖，如圖5所示。圖5完成下列填空：(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則v與vA、a和Δt的關(guān)系式為 v＝____________。(2)由圖5可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析　(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門的速度為v，則由速度—時(shí)間關(guān)系可知v＝vA＋aΔt，且v＝聯(lián)立解得：v＝vA＋aΔt。(2)由圖5可讀出vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率k＝a＝ cm/s2≈8.14 cm/s2，即a＝16.3 cm/s2。答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.31.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是高中物理中重要的物理實(shí)驗(yàn)儀器，如圖6中甲、乙所示是高中物理實(shí)驗(yàn)中常用的兩種，請(qǐng)回答下面的問題。圖6(1)甲圖是________打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源采用的是________。(2)乙圖是________打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源采用的是________。(3)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率是f，用它記錄一個(gè)運(yùn)動(dòng)小車的位移，打出的一條紙帶和已選好的計(jì)數(shù)點(diǎn)0、1、2、3、4如圖丙所示。某同學(xué)測(cè)量出1、2兩點(diǎn)間的距離為x12，3、4兩點(diǎn)間的距離為x34，由此可計(jì)算出小車在1、2兩點(diǎn)間的平均速度為________；在3、4兩點(diǎn)間的平均速度為________。解析　打點(diǎn)周期T＝，1、2兩點(diǎn)間和3、4兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔t＝4T＝，故v12＝＝，v34＝＝。答案　(1)電磁　4～6 V低壓交流電源　(2)電火花　220 V交流電源　(3)　2.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作以下實(shí)驗(yàn)步驟，其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號(hào)G、H……)A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處放開紙帶，再接通電源B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電路C.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D.取下紙帶E.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔(1)所列步驟中有錯(cuò)誤的是____________________________________________________________________________________________________________________。(2)遺漏的步驟：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序： ______________________________________________________________________________________________。解析　(1)步驟A中應(yīng)先通電，再放紙帶，順序不能顛倒；D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源。(2)遺漏的步驟F：換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。(3)步驟完善后，合理的實(shí)驗(yàn)步驟順序?yàn)?/span>BECADF。答案　(1)A中應(yīng)先通電，再放紙帶；D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源(2)F.換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次(3)BECADF3.某同學(xué)在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”實(shí)驗(yàn)時(shí)，從打下的若干紙帶中選取了點(diǎn)跡清晰的一條，如圖7所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz。圖7由這些已知數(shù)據(jù)計(jì)算：(1)物體經(jīng)過BD過程的平均速度v＝________m/s；(2)與紙帶上C點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v＝________m/s。(答案均要求保留3位有效數(shù)字)解析　相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是T＝0.02 s，所以BD過程中的平均速度v＝＝1.51 m/s；紙帶上的C點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度可以用BD過程的平均速度替代，即v＝1.51 m/s。答案　(1)1.51　(2)1.514.在“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在打出的紙帶上每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫出，如圖8甲所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一次點(diǎn)。從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處剪開分成五段(分別叫a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長(zhǎng)緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖乙所示，由此可以得到一條表示v－t關(guān)系的圖線，從而求出加速度。 圖8(1)若在xOy坐標(biāo)系中用最簡(jiǎn)捷的方法作出能表示v－t關(guān)系的圖線，則________軸相當(dāng)于v軸。 (2)從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，要想求出0.15 s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，需要測(cè)出________段紙帶的長(zhǎng)度。 (3)若測(cè)得a段紙帶的長(zhǎng)度為2.0 cm，e段紙帶的長(zhǎng)度為10.0 cm，則加速度為________m/s2。解析　(1)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體某段時(shí)間的中間時(shí)刻速度等于這段時(shí)間的平均速度，則y軸相當(dāng)于v軸。(2)0.15 s處于BC段的中間時(shí)刻，則需求出b段紙帶的長(zhǎng)度。(3)由s5－s1＝4aT2可求出加速度為2 m/s2。答案　(1)y　(2)b　(3)25.實(shí)驗(yàn)中，如圖9所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s。圖9(1)根據(jù)紙帶可判定小車做________運(yùn)動(dòng)。(2)根據(jù)紙帶計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度：vD＝______________________________m/s，vC＝________ m/s，vB＝________ m/s。在如圖所示坐標(biāo)中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________。(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析　(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，故小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。(2)根據(jù)v＝v可知vD＝ m/s＝3.90 m/svC＝ m/s＝2.64 m/svB＝ m/s＝1.38 m/s描點(diǎn)連線得如圖所示v－t圖線，根據(jù)圖線斜率知a＝12.60 m/s2。(3)圖線與縱軸交點(diǎn)的速度的物理意義是零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度。答案　(1)勻加速直線(2)3.90　2.64　1.38　見解析圖　12.60 m/s2(3)零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度6.如圖10所示，甲、乙兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是高中物理實(shí)驗(yàn)中常用的計(jì)時(shí)儀器。光電計(jì)時(shí)器像打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣，也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖丙所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)一輛帶有擋光片的小車從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示擋光片的擋光時(shí)間。某同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，做了一個(gè)U形遮光板如圖丁所示，兩個(gè)遮光片寬度均為L＝5 mm，將此U形遮光板裝在小車上，讓小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)通過靜止的光電計(jì)時(shí)器，實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得兩次遮光時(shí)間分別為Δt1＝0.10 s，Δt2＝0.05 s，從第一個(gè)遮光片遮光到第二個(gè)遮光片遮光經(jīng)過的時(shí)間t＝1 s，則：圖10(1)圖乙是________(選填“電磁”或“電火花”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源采用的是________(選填“交流4～6 V”或“交流220 V”)。(2)第一個(gè)遮光片通過光電門的速度大小為________m/s，第二個(gè)遮光片通過光電門的速度大小為________m/s。(3)小車做加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為________m/s2。解析　(1)圖乙是電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源采用的是交流220 V。(2)第一個(gè)遮光片通過光電門的平均速度大小為v1＝＝0.05 m/s；第二個(gè)遮光片通過光電門的平均速度大小為v2＝＝0.10 m/s。(3)根據(jù)加速度定義可得滑塊的加速度a＝＝0.05 m/s2。答案　(1)電火花　交流220 V　(2)0.05　0.10(3)0.05