2025版高考物理大一轮复习第一章实验一研究匀变速直线运动讲义含解析教科版.docxVIP

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试验一探讨匀变速直线运动

1．试验器材

电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．

2．试验原理(如图1所示)

图1

3．试验步骤

(1)依据如图所示试验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源；

(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；

(3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车；

(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；

(5)换纸带重复做三次，选择一条比较志向的纸带进行测量分析．

4．留意事项

(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．

(2)两先两后：试验中应先接通电源，后让小车运动；试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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．

(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50cm的纸带上清晰地取出6～7个计数点为宜．

(5)小车从靠近打点计时器位置释放．

1．数据处理

(1)目的

通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等．

(2)方法

①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质．

②利用逐差法求解平均加速度

a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(?x4＋x5＋x6?－?x1＋x2＋x3?,9T2)

③利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T)

④利用速度—时间图像求加速度

a．作出速度—时间图像，通过图像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．

2．依据纸带推断物体是否做匀变速直线运动

(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50Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)．

(4)Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在随意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就肯定相等.

命题点一教材原型试验

例1(2024·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了探讨小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．试验前，将该计时器固定在小车旁，如图2(a)所示．试验时，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6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)

图2

(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．

(2)该小组同学依据图(b)的数据推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.(结果均保留两位有效数字)

答案(1)从右向左(2)0.190.038

解析(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离渐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动．

(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T＝eq\f(30,45)s＝eq\f(2,3)s，所以A点位置的速度为vA＝eq\f(0.117＋0.133,2×\f(2,3))m/s≈0.19m/s.依据逐差法可得加速度a＝eq\f(?x5＋x4?－?x2＋x1?,6T2)，解得a≈－0.038m/s2，故加速度的大小为0.038m/s2.

变式1(2024·江西省六校第五次联考)在“探讨匀变速直线运动”的试验中，某同学选出了一条清晰的纸带，并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行探讨，这七个点和刻度尺标度的比照状况如图3所示．(打点计时器的频率为50Hz)

图3

(1)由图可以知道，A、B两点的时间间隔是________s，A点到D点的距离是________cm，D点到G点的距离是________cm；(小数点后保留2位)

(2)通过测量不难发觉，(xBC－xAB)与(xCD－xBC)、(xDE－xCD)、…基本相等．这表明，在试验误差允许的范围之内，拖动纸带的小车做的是________________运动；

(3)经过合理的数据处理后，可以求得加速度a＝______m/s2；(小数点后保留3位)

(4)还可以求出，打B点