2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)必?zé)峥键c(diǎn)整合回扣練 專題（04）實(shí)驗(yàn)一 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)（解析版） 考點(diǎn)一 　 1．利用逐差法求平均加速度：a1＝，a2＝，a3＝，＝. 2．利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn＝＝. 3．利用速度—時(shí)間圖象求加速度：作出速度—時(shí)間圖象，通過(guò)圖象的斜率求物體的加速度． 4．誤差分析 ①使用刻度尺測(cè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離時(shí)有誤差． ②作vt圖象時(shí)出現(xiàn)作圖誤差． ③電源頻率不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相同． ④長(zhǎng)木板粗糙程度不均勻，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度有變化造成誤差． 題型1　對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置及誤差的考查 【典例1】 用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律． 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次． b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T，選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F、…所示． c．通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E、…點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5、…. D．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示． 圖3 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有________和________(填選項(xiàng)前的字母)． A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖3中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出vt圖象． (3)觀察vt圖象，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是________．vt圖象斜率的物理意義是________． (4)描繪vt圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt的要求是________(填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差________(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)． 【答案】(1)A　C　(2)如解析圖所示　(3)小車的速度隨時(shí)間均勻變化　加速度　(4)越小越好　有關(guān) 【解析】　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，故選A，不選B；相鄰打點(diǎn)間的時(shí)間是已知的，故不選D；計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離需要用刻度尺測(cè)量，故選C；由于不需要知道小車和重物的質(zhì)量，故不需要天平(含砝碼)，故不選E. (2)連線時(shí)要讓盡量多的點(diǎn)在一條直線上． (3)可以依據(jù)vt圖象是傾斜的直線(斜率一定)，即小車的速度隨時(shí)間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；vt圖象的斜率表示加速度． (4)嚴(yán)格地講，表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于0時(shí)，才表示瞬時(shí)速度，因此若用表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，對(duì)Δt的要求是越小越好；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx越小，用計(jì)算得到的平均速度越接近計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，但Δx過(guò)小，測(cè)量誤差增大，因此選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差有關(guān)． 【變式1】某同學(xué)用圖甲所示裝置探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他采用電火花計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． (1)請(qǐng)?jiān)谙旅媪谐龅膶?shí)驗(yàn)器材中，選出本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材填在橫線上(填編號(hào))________． ①電火花計(jì)時(shí)器?、谔炱健、鄣蛪航涣麟娫础、芗?xì)繩和紙帶?、蓓来a、托盤和小車?、蘅潭瘸摺、咄１怼、嘁欢藥в谢喌拈L(zhǎng)木板 (2)搭建好實(shí)驗(yàn)裝置后，先________，再________．紙帶上打出一系列點(diǎn)，其中一段如圖乙所示，可知紙帶的________(填“左”或“右”)端與小車相連． (3)如圖乙所示的紙帶上，A、B、C、D、E為紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為0.1 s，則vB＝________m/s，a＝________m/s2. 【答案】(1)②③⑦　(2)接通電源　釋放小車　左　(3)0.26　0.4 【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)不需要天平測(cè)質(zhì)量，電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)使用220 V交流電源，也不用停表測(cè)時(shí)間，故不需要的器材為②③⑦.(2)正確的操作順序是先接通電源，再釋放小車，不能顛倒．紙帶上和小車相連的一端先被打點(diǎn)，此時(shí)紙帶速度較小，點(diǎn)間距離較小，故左端與小車相連．(3)B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是vB＝＝ m/s＝0.26 m/s，a＝＝0.4 m/s2. 【提 分 筆 記】 產(chǎn)生誤差的原因 1．偶然誤差 (1)紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量有偶然誤差，故要多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，以盡量減小誤差． (2)用作圖法作圖時(shí)描點(diǎn)、畫線不準(zhǔn)確．為此在描點(diǎn)時(shí)最好用坐標(biāo)紙，在縱、橫軸上選取合適的單位，用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)． 2．系統(tǒng)誤差 (1)紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時(shí)紙帶、細(xì)繩要與長(zhǎng)木板平行，同時(shí)選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率． (2)木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測(cè)量得到的加速度只能是所測(cè)量段的平均加速度．對(duì)此可在木板上鋪一層白紙或換用氣墊導(dǎo)軌． 題型2　對(duì)數(shù)據(jù)處理及注意事項(xiàng)的考查 【典例2】 某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間．實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖甲所示．實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置．(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴) (1)由圖乙可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的． (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)．小車運(yùn)動(dòng)到圖乙中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 【答案】(1)從右向左　(2)0.19　0.037 【解析】(1)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)由于摩擦力的作用，速度逐漸減小，滴水計(jì)時(shí)器滴下水滴的間距逐漸變小，因此小車從右向左運(yùn)動(dòng)． (2)滴水的時(shí)間間隔T＝ s≈0.67 s 小車運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)位置時(shí)的瞬時(shí)速度 vA＝＝ m/s＝0.19 m/s 根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度 a＝＝ m/s2≈－0.037 m/s2. 因此加速度的大小為0.037 m/s2. 【變式2】某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng)，重物落地后，物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)．從紙帶上便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz. (1)通過(guò)分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)________和________之間某時(shí)刻開始減速． (2)計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s，計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s.(保留三位有效數(shù)字) (3)物塊減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度的大小為a＝________m/s2，若用來(lái)計(jì)算物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(g為重力加速度)，則計(jì)算結(jié)果比動(dòng)摩擦因數(shù)的真實(shí)值________(填“偏大”或“偏小”)． 【答案】(1)6　7(或7　6)　(2)1.00　1.20　(3)2.00　偏大 【解析】(1)由紙帶上各點(diǎn)間距可以看出，6、7兩點(diǎn)間距離最大，在計(jì)數(shù)點(diǎn)6之前，連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移差Δx＝2.00 cm，而6、7兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移與前一段位移之差Δx′＝x67－x56＜2.00 cm.故物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)6和7之間開始減速．(2)根據(jù)v5＝可得，v5＝ m/s＝1.00 m/s，從點(diǎn)2到點(diǎn)6段的加速度a＝＝2.00 m/s2.而v6＝v5＋aT＝1.20 m/s.(3)物塊在6、7點(diǎn)間加速度變化，減速過(guò)程加速度大小為a′＝＝2.00 m/s2，但重物落地后，滑塊向前運(yùn)動(dòng)時(shí)除受摩擦力作用外，紙帶和限位孔之間也存在摩擦力作用，即μmg＋F阻＝ma，μ＝，故利用μ＝計(jì)算出的動(dòng)摩擦因數(shù)比真實(shí)值偏大． 【提 分 筆 記】 1．利用紙帶計(jì)算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度vn＝來(lái)計(jì)算． 2．利用紙帶求物體的加速度 逐差法：①如果有6段位移，根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即a＝＝，即為物體的加速度．②如果有4段位移，同理可得a＝. 考點(diǎn)二 　 1．復(fù)習(xí)啟示 高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景．因此，要在夯實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注意遷移和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題． 2．情景拓展 3．?dāng)?shù)據(jù)處理 (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(guò)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(guò)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． 題型1　實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新 【典例3】 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． 實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①如圖(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(guò)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]，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； 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Δt圖，如圖(c)所示． 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，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為＝________. (2)由圖(c)可求得vA＝________cm/s，a＝________cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 【答案】(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6 【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＝ 聯(lián)立解得＝vA＋aΔt. (2)由題圖(c)可讀出vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率 k＝a＝ cm/s2≈8.28 cm/s2， 即a＝16.6 cm/s2. 【變式3】　某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測(cè)量一小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘釘??；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度為每0.2 s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)記小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開． 圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是：x01＝1.40 cm、x12＝2.15 cm、x23＝2.91 cm、x34＝3.65 cm、x45＝4.41 cm、x56＝5.15 cm，試問(wèn)： (1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的________原理類似； (2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度v4＝________m/s，計(jì)算小車的加速度a的表達(dá)式為________，計(jì)算結(jié)果為________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 【答案】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器　(2)0.20　 　0.19 【解析】(1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理類似． (2)計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度v4＝＝ m/s＝0.20 m/s 小車的加速度a的表達(dá)式為 a＝ 代入數(shù)據(jù)可得a＝0.19 m/s2. 題型2　實(shí)驗(yàn)方法拓展 【典例4】 甲、乙兩同學(xué)通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量人的反應(yīng)時(shí)間．實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1)甲用兩個(gè)手指輕輕捏住量程為L(zhǎng)的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準(zhǔn)備用手指夾住下落的尺； (2)甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L(zhǎng)1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時(shí)間為________ (用L、L1和g表示)； (3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.80 m/s2，L＝30.0 cm，L1＝10.4 cm.乙的反應(yīng)時(shí)間為________s；(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)寫出一條能提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議． 【答案】(2)　(3)0.20　(4)多次測(cè)量取平均值；初始時(shí)乙的手指盡可能接近尺子 【解析】(2)根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，得L－L1＝gt2，解得t＝. (3)將g＝9.80 m/s2，L＝30.0 cm＝0.300 m，L1＝10.4 cm＝0.104 m，代入t＝得t≈0.20 s. (4)建議：多次測(cè)量取平均值；初始時(shí)乙的手指盡可能接近尺子. 【變式4】在暗室中用如圖所示裝置做測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)器材有支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度尺、頻閃儀．具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會(huì)以一定的頻率一滴滴地落下． ②用頻閃儀發(fā)出的閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動(dòng)的水滴． ③用豎直放置的刻度尺測(cè)得各個(gè)水滴所對(duì)應(yīng)的刻度． ④采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理． (1)實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動(dòng)的水滴時(shí)，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是_______________________________________________________________. (2)實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動(dòng)”時(shí)的閃光頻率為30 Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠(yuǎn)的水滴到第一個(gè)水滴的距離如圖所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝________ m/s2；第8個(gè)水滴此時(shí)的速度v8＝________ m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字) (3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)_____________ ____________________________________________________________________. 【答案】(1)頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率　(2)9.72　2.27　(3)水滴滴落的頻率不恒定 【解析】(1)后一水滴經(jīng)過(guò)一個(gè)頻閃間隔運(yùn)動(dòng)到前一水滴的位置，可看到仿佛固定不動(dòng)的一串水滴，即頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率時(shí)，水滴仿佛不動(dòng)． (2)g＝＝ m/s2＝9.72 m/s2； v8＝＝ m/s≈2.27 m/s.(3)存在空氣阻力會(huì)對(duì)水滴的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，水滴滴落的頻率不恒定也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響．