1.7匀变速直线运动研究实验-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024高考物理一轮复习100考点100讲 第一章 直线运动 第1.7讲 匀变速直线运动研究实验 [考纲解读]　 (1)练习正确使用打点计时器。 (2)会计算纸带上各点的瞬时速度。 (3)会利用纸带计算加速度。 (4)会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。 实验原理 1. 实验过程 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．减小误差：小车的加速度要适当大些，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。 5．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。 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。 【方法归纳】 1. 根据纸带上两点间的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点的平均速度v＝。在要求不是很高的情况下，可以用这个平均速度粗略的表示物体在经过位移Δx内某一位置时的瞬时速度。 说明：(1)计时点：打点计时器在纸带上打出的每个点迹叫做计时点。若用50 Hz的交流电，则两个相邻点迹(计时点)的时间间隔为0.02 s。 (2)计数点：为了方便研究运动规律，从纸带上有规律的选取部分计时点，并加以标号，这些被选取并标号的计时点叫做计数点。 2．判定物体运动的性质 通过研究纸带上各点之间的间距，可以判断物体的运动情况。若连续相邻相等的时间间隔内的位移x1、x2、x3…基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀速运动。若Δx＝xm－xn(xm、xn为纸带上相邻的两段位移)基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。 3．由纸带求匀变速直线运动物体的运动速度 “平均速度法”求速度：做匀变速直线运动的物体，某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝。 4．用图象表示速度 物体运动的速度与时间的关系也可以用图象描述。以速度v为纵轴、时间t为横轴在方格纸上建立直角坐标系。将实验中的v、t数据，在坐标系中描点。再用一条平滑的曲线来“拟合”坐标系中描出的点，这条曲线反映了速度v与时间t的关系，如图所示。 5．实验中计算加速度的三种方法 (1)v－t图象法：先根据匀变速直线运动中，物体在某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝，求出打第n个点时纸带的瞬时速度，然后作出v－t图象，图象的斜率即为小车运动的加速度。 (2)公式法：利用已测得的两组数据(tn，vn)和(tm，vm)代入公式a＝＝求解，这种方法的误差较大。 (3)根据Δx＝aT2求a：如图所示的纸带，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＝，这样可使所给数据全部得到利用，以提高准确性。 【典例分析】 【典例1】　(2017·全国卷Ⅰ)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) (1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的。 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2。(结果均保留2位有效数字) [审题指导] 1．分析实验目的：研究匀变速直线运动，测小车的速度和加速度。 2．确定实验原理 (1)速度测量原理：匀变速直线运动某段时间内物体的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即v＝。 (2)加速度测量原理：用逐差法求加速度，即a＝。 3．制定数据处理方案：根据实验原理，需要测量的物理量有位移(题中已给出)、时间。测时间的方案是“滴水法”：每30 s内共滴下46个小水滴，有45个时间间隔，T＝ s＝ s。 [解析]　(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的。 (2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝ s＝ s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中