高考物理考点04 实验：研究匀变速直线运动 13页

1 考点 04 实验：研究匀变速直线运动 考点解读 一、实验中纸带的处理方法 1．判定物体的运动性质 （1）若纸带上各相邻点间距相等，则物体做匀速运动。 （2）若相邻计数点时间间隔为 T，计算各个连续相等时间内位移的差 Δx，若 Δx=aT2（恒量），则物体 做匀变速直线运动。 2．某点瞬时速度的计算 根据在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度：vn= ， 即 n 点的瞬时速度等于（n–1）点和（n+1）点间的平均速度。[ 3．加速度的计算：一般有两种方法 （1）利用“逐差法”求加速度 由于物体做匀变速运动，所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等，即 Δx=aT2，可得 a= 。但 利用一个 Δx 求得的加速度偶然误差太大，为了减小实验中的偶然误差，分析纸带时，纸带上的各段位移最 好都用上，方法如下： （a）如图所示，若为偶数段，设为 6 段，则 ， ， ，然后取平均 值，即 或由 直接求得； （b）若为奇数段，则中间段往往不用，如 5 段，则不用第三段，则 ， ，然后 取平均值，即 ；或去掉一段变为偶数段由 ； （2）先求出第 n 点时纸带的瞬时速度 （一般要 5 点以上），然后作出 v–t 图象，用 v–t 图象的斜率求物体运动的加速度。 二、实验的注意事项 （1）平行：纸带、细绳要和木板平行。 T xx nn 2 1 2T x 4 1 1 23 x xa T  5 2 2 23 x xa T  6 3 3 23 x xa T  1 2 3 3 a a aa   4 5 6 1 2 3 2 ( ) ( ) 3 3 x x x x x xa T       4 1 1 23 x xa T  5 2 2 23 x xa T  1 2 2 a aa  4 5 1 2 2 ( ) ( ) 2 3 x x x xa T     1 2 n n n x xv T  2 （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，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。 （4）减小误差：小车的加速度宜适当大些，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。学， a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度； b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 三、依据纸带判断物体是否做匀变速运动的方法 （1）x1、x2、x3…xn 是相邻两计数点间的距离。 （2）Δx 是两个连续相等的时间里的位移差：Δx1=x2–x1，Δx2=x3–x2…。 （3）T 是相邻两计数点间的时间间隔：T=0.02n（打点计时器的频率为 50 Hz，n 为两计数点间计时点 的间隔数）。 （4）Δx=aT2，因为 T 是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度 a 也为恒量，所以 Δx 必然是个恒量。 这表明：只要小车做匀加速直线运动，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差就一定相等。 重点考向 考点一 打点计时器的使用 典例引领 （2018·高三理综物理最新信息卷）实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数 μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量为 20 g 的钩码若干，打点计时器，电源，纸带， 细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的 纸带测量木块的加速度。 (1)正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注 0、1、2、3、4、5、6，分别 测出位置 0 到位置 3、位置 6 间的距离，如图乙所示。已知打点周期 T=0.02 s，则木块的加速度 a=__ 。2m/s 3 (2)将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量 m，测得相应的加速度 a，作出 a–m 图象如图丙所示。已知当地重力加速度 ，则木块与木板间动摩擦因数 μ=________。(保留 两位有效数字) (3)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。 【参考答案】（1）3.33 （2）0.34 （3）不需要 (3)实验中没有采用细线拉力等于重力，所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。 变式拓展 1．利用打点计时器研究匀变速运动的实验中，接通电源与释放纸带（或物体），这两个操作时刻的关系应 当是 A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源 C．释放纸带的同时接通电源 D．先接通电源或先释放纸带都可以 【答案】A 【解析】因为整个实验过程非常短暂，如果先释放纸带后接通电源，则在纸带上打出的点迹非常少，不 利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同时先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸 带利用率，可以使纸带上打满点，故 A 正确。 考向二 实验中纸带的处理方法 29.8 m/sg  4 典例引领 如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 （1）已知打点计时器电源频率为 50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________s。 （2）A、B、C、D 是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出 A、B 两点间距 x=________cm；C 点对应的速度是____________m/s。 【参考答案】（1）0.02 （2）0.70 0.10 【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础 知识的理解与应用。学.+- 变式拓展 1．（2018·山东实验中学）某实验小组计划做“探究滑块与木板间动摩擦因数”实验，设计的实验装置如图 1 所示 (1)某同学打出了所示的一条纸带，每两点间还有 4 个点没有画出来，纸带上的数字为相邻两个计数点间的 5 距离，打点计时器的电源频率为 50 Hz，该滑块做匀变速直线运动的加速度 a=___________m／s2，(结 果保留 3 位有效数字) (2)根据实验数据，作出的小车加速度 a 与传感器示数 F 的关系图像如图 3 所示，则滑块和滑轮的总质量为 __________kg。滑块与木板间的动摩擦因数为___________(g=10 m／s2)(结果均保留 1 位有效数字) 【答案】（1）1.95 （2）0.5 0.2 练习精选 考点闯关 1．（1）关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是 A．电磁打点计时器使用的是 4~6 V 的直流电源 B．在使用打点计时器时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源 C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小 D．纸带上打的点越密，说明物体运动得越快 （2）在研究匀变速直线运动的实验中电源频率为 50 Hz，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图 中 A、B、C、D、E 为相邻的记数点，相邻记数点间有 4 个计时点未标出，设 A 点为计时起点 ①BE 间的平均速度 = m/s。 ②C 点的瞬时速度 vC= m/s。 ③小车的加速度 a= m/s2。 2．利用打点计时器探究小车的速度随时间变化的规律。其中交变电流的频率为 50 Hz，如图给出了该次实 BEv 6 验中，从 A 点开始，每 5 个点取一个计数点的纸带，其中 A、B、C、D、E、F、G 都为计数点。测得各 计数点到 A 点的距离分别为:d1=1.40 cm，d2=3.29 cm，d3=5.69 cm，d4=8.59 cm，d5=12.00 cm，d6=15.90 cm。 （1）如果该纸带 A 端与小车相连，则小车的运动方向为 （选填“A→B”或“B→A”），且小车做 （填“匀加速”“匀减速”或“变加速”）直线运动。 （2）在打计数点 F 时，小车运动的瞬时速度为 vF= m/s，小车的加速度大小为 a= m/s2。 （本小题计算结果数值均保留两位有效数字） （3）如果当时电网中交变电流的电压略偏小，但仍然稳定。而做实验的同学并不知道，那么加速度的 测量值与实际值相比 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。学% 3．（2018·广东佛山顺德区）某同学利用自由落体运动来研究匀变速直线运动的规律，设计了如图所示的 装置。实验中将打点计时器固定在竖直方向上，质量为 m1 的物体 A 与质量为 m2 的物体 B（m1