第一章 实验一 研究匀变速直线运动的特点&格物致用1（配套教参）-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮讲义

第一章 实验一 研究匀变速直线运动 夯实>基础实验 学生用书P16 (1)练习正确使用打点计时器 (2)会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、 实验 加速度 目的 (3)会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并 能画出小车运动的v-t图像，根据图像求加速度 从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间，量出相 实验 邻计数点间的距离，利用平均速度求出瞬时速度；计 原理 算相邻计数点距离之差，看其是否是一个常数来确定 运动性质 作用：计时仪器，接频率为50Hz的交变 电流，每隔0.02s打一次点 工作，电磁打点计时器：8V交流电源 条件（电火花计时器：220V交流电源 接电源 纸带e, 电火花计时器（或电磁打点计时器）、一 实验 端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳 器材 槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸片 (1)按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无 滑轮的一端，接好电源 (2)把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合 适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小 实验 车后面 步骤 (3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，再放 开小车 (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带 (5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进 行测量分析 ·23· 运动的描述匀变速直线运动的研究 的特点 分层梳理要点落实 ●数据处理 1.利用逐差法求平均加速度：a1= 3Ta2=4 x4-x1 375,=ts-ts 32 a=a十a,十ag 3 2.利用平均速度求瞬时速度： ,=十xl=d1-d 2T 2T 3.利用速度-时间图像求加速度：作 出速度-时间图像，通过图像的斜 率求物体的加速度」 ●误差分析 1.使用刻度尺测计数点的距离时有 误差. 2.作v-t图像时出现作图误差， 3.电源频率不稳定，造成打点的时间 间隔不完全相同 4.长木板粗糙程度不均匀，小车运动 时加速度有变化造成误差。 ◆注意事项 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. 3.一先一后：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.减小误差：小车另一端挂的槽码个 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」 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，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 线上的点应均匀分布在直线 的两侧， 高考总复习物理 突破~实验热点 学生用书P17 实验热点逐一突破 热点一 教材原型实验 典题例析 [解析](1)根据纸带的数据可得△xD=xB十 [典例]某同学利用如图(a)所示的实验装置探究 xc+xcw=6.60cm+8.00cm+9.40cm= 物体做直线运动时平均速度与时间的关系.让小车 左端和纸带相连.右端用细绳跨过定滑轮和钩码相 24.00cm,平均速度为0D 2=80.0cm/s. 连.钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸 (2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验，点图 带.某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示. 像得 打点计时器 小车 105 Loo 纸带 木板 钩码 图(a) 6 6.60-8.00→9.40+10.9012.40 5523486 B o (3)从实验结果可知，小车运动的-△t图线可视 图(b) 单位：cm 为一条直线，图像为 (1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均 105/em 为0.1s.以打出A点时小车的位置为初始位置，将打 95 出B、C、D、E、F各点时小车的位移△x填到表中，小车 发生对应位移所用时间和平均速度分别为△和.表 65B 中△xD= cm,UAD= cm/s. 位移区间 AB AC AD AE AF 此直线用方程=k△t十b表示，由图像可知其中 △x(cm) 6.60 14.60 △xAD 34.90 47.30 k=101.0-59.0 cm/s2=70.0cm/s2,b=59.0cm/s, v(cm/s) 66.0 73.0 VAD 87.3 94.6 0.6 (2)根据表中数据，得到小车平均速度随时间△ (4)小球做匀变速直线运动，由位移公式x=Vot十 的变化关系，如图(c)所示.在图中补全实验点. /(cm·sl) ,堂理得号=%十日at, 105 出出出 95 即=十a, 3 故根据图像斜率和截距可得v=b,a=2k. [答案](1)24.0080.0 3 105/(cm's) 65 95旺 (2) (3)70.059.0 00.10.20.30.40.50.6△t/s 图(c) 550.20.30.4 0.6 (3)从实验结果可知，小车运动的-△图线可视 (4)b2k 为一条直线，此直线用方程=k△t十b表示，其中 k= cm/s,6= cm/s.(结果均 跟踪训练 保留3位有效数字) 1.(2025·北京卷，16)利用打点计时器研究匀变速直 (4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速 线运动的规律，实验装置如图1所示. 直线运动，得到打出A点时小车的速度大小vA= 滑轮 小车 打点计时器 ,小车的加速度大小a .(结果 纸带 用字母k、b表示) 实验攻略 (1)利用= 产计案各段的平均建度： (2)在0-△t坐标系中描出各点，连接各点为 图 直线； 1 (3)w= -=vo+ 2at; (4)利用斜率和截距求vw和a. 图2 ·24· (1)按照图1安装好器材，下列实验步骤正确的操作 顺序为 (填各实验步骤前的字母). A.释放小车 B.接通打点计时器的电源 C.调整滑轮位置，使细线与木板平行 (2)实验中打出的一条纸带如图2所示，A、B、C为 依次选取的三个计数点（相邻计数点间有4个点未 画出)，可以判断纸带的 (填“左端”或“右 端”)与小车相连。 (3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T,则打B 点时小车的速度v (4)某同学用打点计时器来研究圆周运动.如图3 所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点， 一端穿过打点计时器.实验时圆盘从静止开始转 动，选取部分纸带如图4所示.相邻计数点间的时 间间隔为0.10s,圆盘半径R=-0.10m.则这部分纸 带通过打点计时器的加速度大小为 m/s2;打 点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为 m/s2.(结果均保留两位有效数字) 纸带打点计时器 图3 ←3.59 —8.00 单位：cm -13.22 19.24 图4 解析：(1)实验步骤中，首先调整滑轮位置使细线与 木板平行，确保力的方向正确；接着接通打点计时 器电源，让计时器先工作；最后释放小车.故顺序 为CBA; (2)小车做匀加速直线运动时，速度越来越大，纸带 上，点间距逐渐增大，图2中纸带左端间距小，右端 间距大，说明纸带左端与小车相连； (3)根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度 等于该段时间内的平均速度.B点为A、C的中间 时刻，A、C间位移为x2,时间间隔为2T,则 0=27 (4)根据逐差法可知a=CE一x心 T2 =0.1924-0.0800-0.080 m/s2=0.81m/s2, 4×0.12 x4c_0.0800 B点是AC的中间时刻点，则有VB=2T 2×0.1 m/s=0.4m/s, B_0.42 此时向心加速度a。一R=0,m/s=1.6m/s. 答案：1DCBA(2)左端(3)号 (4)0.811.6 ·25 第一章运动的描述匀变速直线运动的研究 2.在做“研究匀变速直线运动”的实验中： (1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有 滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导 线、交流电源、复写纸、弹簧测力计.其中在本实验 中不需要的器材是 (2)如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示 小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数 点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间 间隔T-0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、 x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6= 10.26cm. A&♀R早Fg x1 x2 x3x4 6 下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时 速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时 小车的瞬时速度， 位置 B C D E F 速度/(m·s1)0.7370.801 0.994 (3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速 度-时间关系图线 /(m's-) 1.00 十十 0.95 0.90 0.85 0.80 075 0.70话 00.100.200.300.400.50t/s (4)根据你画出的小车的速度-时间关系图线计算 出的小车的加速度a= m/s2. 解析：(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需 要的器材是弹簧测力计. (2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于 这段时间内的平均速度知： UD- 3+x4=(8.33+8.95)×102m=0.864m/s 2T 2×0.1s 同理可得ve=0.928m/s. (3)小车的速度-时间关系图线如图所示. l(m·s 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 00a20.0000店 (4)小车的加速度 a=40=0.99-0.70 △10.50-0.04m/s=0.63m/s3. 答案：(1)弹簧测力计(2)0.8640.928 (3)见解析图(4)0.63 高考总复习物理 核心提炼 创新角度 实验装置图 挡光片 光电门 滑块 实验原理 (a) 的创新 —△s- 运动方向 前端 (b) 打点计 实验目的 纸带 时器物块 的创新 斜面 实验器材 小车 滴水针头 的创新 左 右 1▣c 实验过程 口 B门 的创新 热点二 拓展创新实验 典题例析 创新解读 [典例2]用雷达探测一高速飞行器的位置.从某时 刻(t=0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直 1.滑块在斜面 线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x,结果 上靠重力沿斜 如下表所示： 面方向上的分 力与摩擦力的合 t/s 0 力获得加速度 x/m 0 507 1094 1759250533294233 2.挡光片经过 回答下列问题： 光电门的平均 (1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近 速度作为滑块 似做匀加速运动，判断的理由是： 速度 (2)当x=507m时，该飞行器速度的大小v 3.平均速度的 m/s; 大小与挡光片 (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a= m/s? 的长度有关 (保留2位有效数字). 1.物块在斜面 实验攻略本题对情境进行了创新，将原本的 上靠重力沿斜 打点计时器纸带模型变为雷达测飞行器位置，考查 面方向上的分 学生的知识迁移能力和计算能力： 力与摩擦力的合 [解析](1)第1s内的位移507m,第2s内的位 力获得加速度. 移587m,第3s内的位移665m,第4s内的位移 2.由纸带确定 746m,第5s内的位移824m,第6s内的位移904m, 物块的加速度. 则相邻1s内的位移之差接近△x=80m,可知判 3.结合牛顿第二 断飞行器在这段时间内做匀加速运动： 定律求动摩擦 (2)当x=507m时飞行器的速度等于0~2s内的 因数 平均速度，则0=1094 m/s=547m/s 1.用滴水针头 2 替代打点计时 4233-2×1759 (3)a x36一x03 9X12 m/s2 9T2 器打纸带. ≈79m/s2, 2.小车在水平 [答案](1)相邻1s内的位移之差接近△x=80m 桌面上因摩擦 (2)547(3)79 做匀减速运动 跟踪训练 1.铁球靠重力 产生加速度. 1.利用图甲所示的装置 遮光片 可测量滑块在斜面上 滑块 光电门甲 2.铁球由A到 光电门乙 B的时间可由数 运动的加速度.一斜面 字毫秒表读出. 上安装有两个光电门， 用 3.铁球的加速 其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲 度由兰一图线 的位置可移动.当一带有遮光片的滑块自斜面上滑 下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮 分析得出 光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲 26 的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静 止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x,记 下相应的t值；所得数据如表所示。 x/m 0.5000.6000.7000.8000.9000.950 t/ms 292.9371.5452.3552.8673.8776.4 t/m·s1 1.71 1.62 1.55 1.45 1.341.22 完成下列填空和作图： (1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大 小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度y,、测量值x 和t四个物理量之间所满足的关系式是 (2)根据表中给出的数据，在图乙给出的坐标纸上 画出工-t图线. /m.8l 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0铺 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0t/s (3)由所画出的子-t图线，得出滑块加速度的大小 为a= m/s2(保留2位有效数字). 解析：(1)由运动学公式x=t十2a(=(,一a)1十 a十，变形为号=一41十，从此式 可知，千-1图线是一条斜率为负值的直线。 (2)根据题目提供的数据描，点，然后用一条直线连 接这些点，所得图像如图所示， /m.s- 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0t/s ·27 第一章运动的描述匀变速直线运动的研究 (3)由图线知斜率绝对值为k=1.71-1.22 m/s2 0.78-0.29 =1.0m/g,又由兰=-弓a:十知，斜率的绝对 值为2a,放有号a=1.0m/s,即a=2.0m/s 答案：1片=ut,或x=ad+1 (2)见解析图(3)2.0(1.8一2.2范围内均正确) 2.甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测 重力加速度的实验.实验中，甲同学负责释放金属 小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照.已 知相机每间隔0.1s拍1幅照片. (1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实 验中还必须使用的器材是 .(填正确答案 标号) A.米尺B.秒表 C.光电门D.天平 (2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法. (3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、 b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm,则该地的重 力加速度大小为g=m/s2.(保留2位有 效数字) 解析：本题考查了匀变速直线运动中数据的处理与加 速度的计算，考查了学生的实验能力，体现了科学思维 中模型建构、科学推理等素养要素，渗透了科技进步的 价值观念 (1)运动时间可由相机拍照的时间间隔来确定，不 需要秒表与光电门.本实验中不需要测量小球的质 量，故不需要天平，但需刚量小球下落的距离，故需 要米尺 (2)由于不知照相机的放大倍数，故不能通过测量 小球在照片上下落的距离来获得小球的实际下落 距离，所以只能将米尺与小球的运动拍摄在同一张 照片中，因小球做自由落体运动，故米尺只能竖直 放置。 (3)由△x=gT得当地的重力加速度的大小为g △x=(0.587-0.245)-0.245m/s=9.7m/s2. T 0.12 答案：(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时 尽量靠近米尺(3)9.7 高考总复习物理 格物致用1]直线运 运动学是高中物理最重要、最基础的内容，与生 活、体育、交通有紧密的联系，是高考命题的重点和热 点，通过对近几年高考STSE热点问题的归类研究， 可归纳出以下三个STSE高考命题热点. 情鼻以体育运动为背景的多过程问题 [典例1]高抛发球是网球发球的一种，是指运动员 把网球竖直向上抛出，在网球下降过程中某时刻将 网球击出.若某次竖直抛出的网球在上升的过程 中，开始0.6s内上升的高度与最后0.6s内上升 的高度之比为4：1，不计空气阻力，重力加速度g 取10m/s2,则网球 ( A.最后0.6s内上升的高度为2.1m B.最初0.6s中间时刻的速度大小为15m/s C.上升过程的时间为1.7s D.上升的最大高度为11.25m [解析]D[根据题意，由逆向思维可知，竖直上 抛最后0.6s即自由落体开始0.6s,则最后0.6s 内上升的高度为1=2gr=合×10×0.6m= 1.8m,故A错误；最初0.6s上升的高度为 h2=4h1=7.2m,由中间时刻的瞬时速度等于这段 时间的平均速度可得，最初0.6s中间时刻的速度 =久2=12ms,故B错误：从 中间时刻到最高点的时间为=4=1,2S,上升过 g 程的时间为t#=1十2△1=1.5s,上升的最大高度 为A=7号=号×10X1.5m=1.25m,故C错 误，D正确.] 情景2以生活科技为背景的实际应用问题 [典例2]“双曲线二号”是北 京星际荣耀空间科技股份 有限公司研制的可重复使O 用液氧甲烷验证火箭，2023 年12月10日，该火箭成功完成复用飞行.若在试 验过程中，地面测控系统测出火箭竖直起降全过程 的v-t图像如图所示，火箭在t4时刻落回起点，下 列说法正确的是 ( 动中的常见STSE问题 学生用书P20 A.t1时刻，火箭的加速度最大 B.火箭在0~t2时间内的位移大小小于t3~t4时 间内的位移大小 C.t2~t3时间内，火箭匀速下降 D.t2时刻，火箭上升到最高点 [解析]D[v-t图像的斜率表示加速度，t1时 刻，火箭的速度最大，加速度为0，故A错误； v-t图线与t坐标轴围成的面积表示位移，根据题 意可知火箭在0~t2时间内的位移大小等于t3~t 时间内的位移大小，故B错误；t2~t3时间内，火箭 速度为0，故C错误；火箭在0~t2时间内速度方向 为正，2时刻火箭上升到最高点，故D正确.] 情景3以交通安全为背景的综合应用问题 [典例3]强行超车是道路交通安全的极大隐患之 一.如图是汽车超车过程的示意图，汽车甲和货车 均以36km/h的速度在路面上匀速行驶，其中甲车 车身长L1=5m、货车车身长L2=8m,货车在甲车 前s=3m.若甲车司机开始加速从货车左侧超车， 加速度大小为2m/s2.假定货车速度保持不变，不 计车辆变道的时间及车辆的宽度. K乙 甲习 货國 +L平S+L2习 (1)求甲车完成超车至少需要多长时间； (2)若甲车开始超车时，看到道路正前方的乙车迎 面驶来，此时二者相距110m,乙车速度为54km/h. 甲车超车的整个过程中，乙车速度始终保持不变， 请通过计算分析，甲车能否安全超车. [解析](1)甲经过t刚好完成超车，在t内甲车位 移=叶号a, 货车的位移x2=v2t, 根据几何关系x1=x2十L1十L2十S, 代入数值得t=4s, 甲车最短的超车时间为4s. (2)假设甲车能安全超车，在最短时间为4s内 甲车位移x1=56m, 乙车位移x3=v3t=60m, 由于x1+x3=116m>110m, 故不能安全超车 [答案](1)4s (2)不能安全超车计算过程见解析 28