专题06 研究匀变速直线运动实验（解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第一章  直线运动专题1-06  研究匀变速直线运动实验第一部分  知识点精讲实验一　研究匀变速直线运动[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。两种打点计时器实验器材与步骤一、实验基本原理与操作原理装置图操作要领①不需要平衡摩擦力。②不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量。(1)平行：细绳、纸带与长木板平行(2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置(3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带(4)防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏(5)适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集二、区别“两种点”(1)计时点和计数点打点计时器在纸带上打出的每个点迹叫做计时点，计时点是打点计时器打在纸带上的实际点。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。计数点是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。两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的规则而定。纸带上相邻两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计时点越稀疏。三、数据处理与分析1．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法如图所示，0，1，2，…为时间间隔相等的各计数点，x1，x2，x3，x4，…为相邻两计数点间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。2．由纸带求物体运动速度的方法根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝。3．利用纸带求物体加速度的两种方法(1)用“逐差法”求加速度先根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出平均值，即a＝。(2)用图象法求加速度先根据vn＝求出所选的各计数点对应的瞬时速度，再作出v­t图象，图象的斜率即物体运动的加速度。四、纸带的处理五、误差分析与注意事项1．误差分析(1)使用刻度尺测计数点的距离时有误差。(2)作v­t图象时出现作图误差。(3)电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同。(4)长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差。2．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)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。(5)区分计时点和计数点：计时点是指计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s。(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，让尽量多的点落到这条直线上，落不到直线上的点应均匀分布在直线的两侧。说明：第二部分 最新高考题精选1．（2022年6月浙江选考）（1）“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为   ▲   cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为   ▲   m/s2（保留两位有效数字）。【参考答案】6.20  1.9【解题思路】根据刻度尺读数规则，打计数点B时小车位移大小为6.20cm。由速度图像斜率得加速度a=1.9m/s2。2. （2021重庆高考）某同学用手机和带刻度的玻璃筒等器材研究金属小球在水中竖直下落的速度变化情况。他用手机拍摄功能记录小球在水中静止释放后位置随时间的变化，每1/60s拍摄一张照片。（1）取某张照片中小球的位置为0号位置，然后依次每隔3张照片标记一次小球的位置，则相邻标记位置之间的时间间隔是          s。（2）测得小球位置x随时间t变化曲线如题图所示，由图可知，小球在0.15s~0.35s时间段平均速度的大小       （选填“大于”、“等于”、“小于”）在0.45s~0.65s时间段内平均速度的大小。（3）在实验器材不变的情况下，能够减小实验误差测量误差的方法有：             （写出一种即可）【参考答案】（1）1/15s （2）小于（3）每张照片标记一次小球的位置【名师解析】（1）相邻标记位置之间的时间间隔是T=4×1/60s=1/15s。（2）小球在0.15s~0.35s时间内（△t=0.35s-0.15s=0.20s）位移△x=240mm-40mm=200mm=0.200m，平均速度大小为v1=△x/△t=1.0m/s；小球在0.45s~0.65s时间内（△t=0.65s-0.45s=0.20s）位移△x=750mm-400mm=350mm=0.350m，平均速度大小为v2=△x/△t=1.75m/s；由此可知小球在0.15s~0.35s时间内平均速度的大小小于小球在0.45s~0.65s时间内的平均速度的大小。（3）在实验器材不变的情况下，能够减小实验误差测量误差的方法有：每张照片标记一次小球的位置。3.（7分）（2021高考新课程湖北卷）某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图（a） 所示，将一根米尺竖直固定，在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球，小球下落途经某位置时，使用相机对其进行拍照，相机曝光时间为s。由于小球的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H、小球在曝光时间内移动的距离△l。计算出小球通过该位置时的速度大小v，进而得出重力加速度大小g。实验数据如下表∶次数12345△l/cm0.850.860.820.830.85v/（m·s-1）4.25 4. 104.154.25H/m0.91810.94230.85300.88600.9231（1）测量该小球直径时，游标卡尺示数如图（b）所示，小球直径为_       mm。.（2）在第2次实验中，小球下落H =0.9423 m时的速度大小v=        m/s（保留3位有效数字）；第3次实验测得的当地重力加速度大小g=_       m/s2（保留3位有效数字）。（3）可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有       。A.适当减小相机的曝光时间B.让小球在真空管中自由下落.C.用质量相等的实心铝球代替实心钢球【参考答案】12. （1）15.75（2分） （2） 4.30（1分）   9.85（2分），（3） AB（2分）【解题思路】（1）根据游标卡尺读数规则，小球直径为10mm+15×0.05mm=10.75mm。（2）根据小球在曝光时间内移动的距离△l=0.86cm，相机曝光时间为t=s，小球下落H =0.9423 m时的速度大小v=△l /t=4.30m/s。第3次实验，小球所在位置到释放点的距离H=0.8530m，由v2=2gH，解得测得的当地重力加速度大小g=9.85m/s2。（3）适当减小相机的曝光时间，可以减小速度v的测量误差；让小球在真空管中自由下落，可以消除空气阻力的影响；用质量相等的实心铝球代替实心钢球，将增大测量误差。所以选项AB正确。 第三部分 最新模拟题精选1．. （2022北京西城期末）用图1所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律。
 （1）除小车、重物、打点计时器（含纸带、复写纸）、导线、开关等器材外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有______（填选项代号）。A.电压可调的直流电源                            B.电压合适的50Hz交流电源C.秒表                    D.刻度尺                E.天平（2）接通打点计时器电源，释放小车，小车在重物的牵引下沿直线拉动纸带，纸带上打下一系列的点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点（计数点之间还有点未画出），相邻计数点间的时间间隔为0.10s。从图中数据可知，在打C点时小车的瞬时速度为______m/s（结果保留两位有效数字）。
（3）计算出打纸带上各计数点时小车的速度，在坐标纸上建立坐标系，描点绘制小车运动的图像，若图像是一条倾斜的直线，则可判断小车做匀变速直线运动，其依据是____________________________________。（4）某同学在家里研究小球沿斜面的运动，想通过实验验证小球的运动是匀加速直线运动。如图3所示，他让小钢球沿着细管内壁从静止开始运动，用手机秒表和米尺作为测量工具，测量小球从静止开始通过不同位移所用的时间，得到下表所示的数据。如何由这些数据验证小球的速度是随时间均匀变化的？（      ）序号12345678位移0.14000.25400.33700.43300.54000.55100.74600.8370时间0.490.660750.860.951.061121.19
 【参考答案】    ①. BD    ②. 0.44    ③. 图中图线的斜率表示加速度    ④. 见解析【名师解析】(1)[1]AB．打点计时器工作电源是交流电，故A错误，B正确；C．打点计时器是计时的仪器，故不需要秒表，故C错误；D．实验中需要测量纸带上计数点间的距离，需要刻度尺，故D正确；E．实验中小车做变速运动即可，因此不需要测量重物的质量，故E错误。故选BD；(2)[2]由图可读出则在打C点时小车的瞬时速度为(3)[3]图像表示速度随时间变化的关系，图线的斜率表示加速度；(4)[4]如果小球做初速度为零的匀加速直线运动，位移与时间成正比，则有排除第六组数据，在误差允许范围内，可以认为小球做匀加速直线运动，即速度随时间均匀变化。2．（2022吉林长春重点高中质检）某研究性学习小组用图甲装置测定当地重力加速度，其主要操作步骤如下：①将电磁铁（小铁球）、光电门调节在同一竖直线上；②切断电磁铁电源，小铁球由静止下落，光电计时器记录小铁球通过光电门的时间t，并用刻度尺测量出小铁球下落前和光电门的距离h；。③改变光电门的位置，重复②的操作，测出多组h和t；④计算出小铁球每次通过光电门的速度v，作出v2-h图像。
 请结合以上操作，回答以下问题：（1）用游标卡尺测小球的直径，如图乙所示，则d=___________mm；（2）实验数据如下表，将表格中空缺的数据补全：实验次数12345 h（m）0.3900.4200.4500.4900.510t（×10-3s）3.633.493.383.243.17v（m/s）2.752.87________3.093.15v2（m2/s2）7.568.24________9.559.92（3）根据上表数据作出v2-h图像________，并根据图像得出当地重力加速度g=___________m/s2（结果保留两位有效数字）；
 （4）该实验装置___________（选填“能”或“不能”）验证机械能守恒定律。【参考答案】10.0    2.96    8.75        9.7    不能    【名师解析】(1)[1] 游标卡尺测小球的直径,读数为(2)[2][3]小球经过光电门的时间极短，故可以用平均速度表示小球经过光电门的速度，有速度的平方为(3)[4]根据上表数据在坐标纸上描点，作出v2-h图像如图
 [5]根据可知，图线的斜率联立，可得(4)[6]该试验的过程，测量重力加速度的过程用的公式默认机械能守恒，故不能再去验证。 3. （2022河南三市一模）某同学设计了一个用气垫导轨和光电门等装置测量重力加速度的方案。实验装置结构如图所示。在某次测量中，他用刻度尺测得气垫导轨两端AB间的高度差为h、长度为L。与光电门相连的计时器记录下如下数据：挡光片通过第一个光电门的挡光时间为t1，挡光片通过第二个光电门的挡光时间为t2，通过两光电门之间的时间为t。然后，他又测量滑块上的挡光片宽度为d。完成下列填空。（1）两个光电门间的距离______（填：“近一些”或“远一些”）有利于减小误差；（2）重力加速度的计算表达式为g=______（用题中所给字母表示）；（3）考虑到滑块在运动过程中会受到一定的空气阻力，因此，当地的实际重力加速度会______（填：“略大于”或“略小于”）测量值。【参考答案】    ①. 远一些    ②.     ③. 略大于【名师解析】（1）[1]适当增大两光电门之间的距离，可以增加滑块通过两光电门的速度差，有利于减小误差，故选远一些；（2）[2]经过两光电门的速度为加速度为解得（3）[3]考虑到滑块在运动过程中会受到一定的空气阻力，测量的加速度值会偏小，当地的实际重力加速度会略大于测量值。4．[2021·湖南衡阳市模拟](8分)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律．某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz.分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离x1、x2、x3、x4，以打A点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值，并作出 ­ t图象如图丙所示．(1)实验中，下列措施必要的是________(填正确答案标号)．A．打点计时器接220 V的交流电源B．平衡小车与长木板间的摩擦力C．细线必须与长木板平行D．小车的质量远大于钩码的质量(2)由图丙求出小车的加速度a＝________ m/s2，打A点时小车的速度vA＝________ m/s.(结果均保留两位有效数字)【参考答案】：(1)C(2分)　(2)5.0(3分)　0.40(3分)【名师解析】：(1)电磁打点计时器接4～6 V的交流电源，A错误；实验研究匀变速直线运动规律，故不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，也不需要满足小车的质量远大于钩码的质量，B、D错误；细线必须与长木板平行，C正确．(2)由x＝v0t＋at2得＝v0＋at，由题图丙知，vA＝v0＝0.40 m/s，a＝k＝2.5 m/s2，解得a＝5.0 m/s2.5．（2021年重庆模拟）某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图所示A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm。则：(1)图中相邻两计数点的时间间隔是______s；(2)打B点时小车的速度大小是______m/s；(3)小车运动的加速度大小是______m/s2。【参考答案】（1）0.10   （2）    （3）     【解题思路】本题考查研究匀变速直线运动规律实验，主要考查实验探究能力。(1)打点计时器的打点周期为相邻计数点之间的时间间隔t=5T=0.10s(2)匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以点速度为(3)根据逐差法求解加速度