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(共65张PPT)
第一章
运动的描述
匀变速直线运动的研究
实验1　探究小车速度随时间变化的规律
1.会正确使用打点计时器。2.会利用打点的纸带求物体的速度和加速度。3.会用图像法探究小车速度与时间的关系,并能根据图像求加速度。
实验储备·归纳
自主落实 回扣教材
实验类型·突破
关键能力 深度剖析

类型1　实验基本技能应用
【典例1】　某小组利用如图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。
甲
(1)(多选)实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线和墨粉纸盘。除上述器材外,还需要使用的有________(填选项字母)。
A.交流电源 B.直流电源
C.秒表 D.刻度尺
(2)小组通过实验得到了如图乙所示的一条纸带(每两个相邻计数点间还有4个点没有画出来),相邻两个计数点间的距离已在图中标出。
乙
①根据连续相等的时间间隔内的________基本相等,可认为小车做匀变速直线运动。乙图中纸带________(填“左”或“右”)侧是与小车相连的一端。
②已知交流电源的频率为50 Hz,则在打下C点时小车的速度大小为_______m/s(保留3位有效数字),小车运动的加速度大小为_______m/s2
(保留2位有效数字)。
解析　(1)打点计时器使用交流电源,A项正确,B项错误;用打点计时器测量时间,不用秒表测量时间,C项错误;用刻度尺测量计数点之间的距离, D项正确。
(2)①根据连续相等的时间间隔内的位移差基本相等,可认为小车做匀变速直线运动。因为小车做加速运动,计数点之间的距离越来越大,所以乙图中纸带左侧是与小车相连的一端。

答案　(1) AD　(2)①位移差　左　②0.844　1.7
【典例2】　打点计时器是记录做直线运动的物体位置和时间的仪器。
(1)关于电火花打点计时器使用的电源,下列说法正确的是________ (填选项字母)。
A.交流220 V B.直流220 V
C.交流8 V D.直流8 V
(2)接通电源与让纸带(随物体)运动,这两个操作的时间关系应当是____ ____(填选项字母)。
A.先接通电源,再释放纸带 B.先释放纸带,再接通电源
C.释放纸带的同时接通电源 D.不同的实验要求不同
(3)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带(如图甲),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=0.02 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。
甲
①表中列出了打点计时器打下B、C、F点时小车的瞬时速度,请计算打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度,并填入下表中。
对应点 B C D E F
速度/(m·s-1) 0.737 0.801 ________ ________ 0.994
②以A点为计时起点,根据表中数据在图乙中作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
乙
③根据画出的v-t图可看出小车做的是初速度________(填“为零”或“不为零”)的匀加速直线运动。
④根据画出的v-t图像计算出的小车的加速度a=__________(保留2位有效数字)。

②将表中的各数据在图中描点连线,得到图像如图所示。

答案　(1)A　(2)A　(3)①0.864　0.928　②图线见解析　③不为零　 ④0.64 m/s2
【典例3】　实验小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律,打点计时器所接电源的频率为50 Hz。
甲
(1)实验操作前________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。
(2)规范操作后,得到一条纸带,以纸带上能够看清的某个点作为0点,每5个点取一个计数点,测量各计数点与0点的距离,如图乙所示,则纸带上打计数点2时小车速度的大小v2=________m/s(保留3位有效数字)。
乙
(3)小车运动的加速度大小a=________m/s2(保留3位有效数字)。

答案　(1)不需要　(2)0.504　(3) 1.50
高考实验题源于教材,但不拘泥于教材,在实验器材、测量依据的原理、图像处理等方面进行改进或创新,考查实验探究能力、知识迁移能力和创新能力。
(1)实验器材改进:如用频闪照相机、光电门或DIS装置等研究匀变速直线运动。
类型2　实验的迁移、拓展和创新

【典例4】　(2023·全国甲卷)某同学利用如图甲所示的实验装置探究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连。钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示。
甲

位移区间 AB AC AD AE AF
Δx/(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
66.0 73.0 87.3 94.6




答案　(1)24.00　80.0　(2)见解析图　(3)70.0　59.0　(4)b　2k
试题的前三问均考查基本的实验能力,第四问用图像求打A点时小车速度和小车的加速度,则要求理解图线的物理意义,即纵截距和斜率的物理意义,强调对所学物理规律的理解,对推理能力和创新能力提出了更高的要求。
【典例5】　如图所示是一位学生设计的测定自由落体加速度的实验,在一个敞口容器的底部插入一根细橡皮管,并装上一个夹子,在其下方地面上放一个金属盘子;调节夹子的松紧,以使第1个水滴落入盘中发出响声的瞬间,第2个水滴正好从管口落下。以某次响声为“0”开始计数,待数到“100”时测得经过的时间为40 s,再用米尺量出管口至盘子的高度为78.2 cm。回答下列问题:
(1)相邻的两滴水从管口落下的时间间隔为T=________s。
(2)重力加速度为g=________m/s2(保留3位有效数字)。
(3)重力加速度的测量结果比当地的重力加速度略______
(填“大”或“小”),原因是空气对水滴有________的作用。

答案　(1)0.4　(2)9.78　(3)小　阻力
滴水法测量重力加速度
用滴水法测量重力加速度,注意两水滴之间的时间间隔与一个水滴自由落体运动的时间相等。
【典例6】　“测量小车做匀变速直线运动时的加速度”实验的斜面如图甲所示,斜面上安装了光电门。有一小车如图乙所示,其上面固定有宽度均为b的挡光片A、B,小车从斜面顶端开始运动。
　
甲 乙
　
(1)若小车做匀加速直线运动,测得两挡光片先、后经过光电门的时间分别为Δt1和Δt2,测得A、B间距离为x,则小车的加速度大小a1=______。
(2)若小车做匀加速直线运动,测得两挡光片先、后经过光电门的时间分别为Δt1和Δt2,测得从A经过光电门到B经过光电门的时间为t,则小车的加速度大小a2=____________。
(3)(多选)为减小实验误差,可采取的措施是________(填选项字母)。
A.增大两挡光片的宽度b
B.减小两挡光片的宽度b
C.增大两挡光片的间距x
D.减小两挡光片的间距x

(3)挡光片通过光电门的时间越短,平均速度越能接近瞬时速度,则适当减小挡光片宽度b,A项错误,B项正确;测量匀变速运动的位移时,运动快一点,位移长一些,能适当减小测量产生的偶然误差,C项正确,D项错误。

测量加速度的两种方案
试题中提出了两种测量加速度的方案,依据的原理关系式不同,如何从所给器材和测量的物理量等信息中找到合适的原理关系式是解题的关键。
高效训练·提能
拓广视野 智学慧考
1.某小组利用如图甲所示装置测量小车做匀变速直线运动加速度的大小。请回答下列问题:
甲
(1)下列说法正确的是________(填选项字母)。
A.细绳与长木板平行
B.先释放小车后接通电源
C.电火花计时器应使用8 V交流电源
D.实验开始时小车应离计时器远些
(2)小组选取了如图乙所示的一条纸带,O、A、B、C、D、E为选取的计数点,每两个相邻计数点间还有4个点没有画出,各计数点到O点的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5。已知交流电源的频率为f,则D点对应的瞬时速度大小为________(用已知字母表示)。
(3)小组根据各计数点的速度v与各计数点到O点的距离s作出v2-s图像如图丙所示,则打下O点时小车速度的大小为________m/s,小车加速度大小为________m/s2。(结果均保留2位有效数字)
解析　(1)细绳与木板平行是为了保证小车在整个运动过程中加速度基本不变,如果细绳不与木板平行,则在小车运动过程中绳子与水平面的夹角会发生变化,从而使小车运动方向上的合力发生变化,根据牛顿第二定律可知,加速度就会发生变化,因此细绳与长木板要平行,A项正确;为了节约纸带,获取更多的数据点,实验过程中应先接通电源再释放小车,B项错误;电磁打点计时器使用的是约为8 V的学生交流电源,而电火花计时器应使用220 V交流电源,C项错误;由于木板长度有限,为了获取更多的数据点,实验开始时小车应靠近计时器释放,D项错误。



2.如图所示,一打点计时器固定在斜面上端,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上匀加速直线滑下。由于实验者不小心将纸带弄成了三段,并把中间一段丢失了,如图所示。已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz,即图中每两个相邻计时点间的时间间隔为0.02 s,请根据图中给出的数据回答下列问题:
(1)纸带的________(填“右端”或“左端”)与小车相连。
(2)利用剩余纸带提供的信息,计算小车通过A点的瞬时速度vA=____m/s,推断纸带上DE之间的距离约为_____cm,小车的加速度a=________m/s2 (保留3位有效数字)。
(3)若电源实际频率60 Hz,计算时仍按照50 Hz计算,则速度大小的测量值比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)丢失的中间一段纸带上应该有________个计时点。

(3)若电源实际频率为60 Hz,计算时仍按照50 Hz计算,则计算时两连续计数点间的时间间隔大于实际两连续计数点间的时间间隔,故速度大小的测量值比真实值偏小。
(4)根据匀变速直线运动的规律可知,不连续相等时间内的位移之差为xm-xn=(m-n)at2=(m-n)Δx,其中Δx=0.62 cm,代入数据可得xDE-xBC=1.86 cm =3Δx,故所丢失的中间一段纸带上应该有一个计数点,即有3个计时点。
答案　(1)左端　(2)1.36　8.22　3.88　(3)偏小　(4)3
3.某学习小组为了测当地重力加速度,根据手头器材,设计如下实验。一较长铁质窄薄板用细线悬挂。在其下端附近固定一小电动机,电动机转轴固定一毛笔。电动机可使毛笔水平匀速转动。调整薄板与毛笔尖端的距离,可使墨汁画到薄板上留下清晰的细线,如图甲所示。启动电动机,待毛笔连续稳定转动后,烧断细线,薄板竖直下落。图乙是实验后,留有清晰墨迹的薄板。取底端某清晰的线记为O,每5条细线取一计数线,分别记为A、B、C、D,将毫米刻度尺零刻线对准O,依次记录A、B、C、D位置读数为10.58 cm、30.92 cm、60.96 cm、100.60 cm,已知电动机转速为3 000 r/min。求:
(1)相邻计数线之间的时间间隔为________s。
(2)B点经过笔尖时的速度________m/s(保留3位有效数字)。
(3)根据以上数据,测得当地重力加速度为________(保留3位有效数字)。

答案　(1) 0.1　(2)2.52　(3)9.69 m/s2
4.用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
(1)实验的主要步骤。
①用游标卡尺测量挡光片的宽度d,结果如图乙所示,读得d=_____mm。
②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x。
③滑块从A点静止释放(已知槽码落地前挡光片已通过光电门)。
④读出挡光片通过光电门所用的时间t。
⑤改变光电门的位置,滑块每次都从A点静止释放,测量相应的x值并读出t值。


答案　(1) 6.60　(2)2.38×104　0.518
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