資源簡介

(共59張PPT)
第一章　運動的描述　勻變速直線運動
實驗一　測量做直線運動物體的瞬時速度
實驗儲備·一覽清
實驗類型·全突破
類型1　教材原型實驗
[典例1]　(2025·廣東潮州模擬)小明同學用如圖甲所示的裝置測量做直線運動物體的瞬時速度和加速度，請你幫助小明完成實驗。
(1)除了圖甲中標出的器材外，還需要________。(請?zhí)钸x項前的字母序號)。
A．彈簧測力計 B．刻度尺
C．天平 D．秒表
B
(2)實驗中，必要的措施是________(請?zhí)钸x項前的字母序號，多選)。
A．重物的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量
B．先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車
C．小車與滑輪間的細線要盡可能與木板平行
D．長木板的一端墊高，直到小車不掛重物時能夠勻速下滑
BC
(3)實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖乙所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個點未畫出。小車的加速度大小a＝________(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
0.80
[解析]　(1)研究小車的勻變速直線運動，需要測量小車的位移及時間，打點計時器可以記錄時間，則只需要測量位移，所以需要刻度尺，故B正確，A、C、D錯誤。
(2)本實驗只需小車做勻加速直線運動，不需要平衡摩擦力，也不需要細線的拉力等于重物的重力，所以A、D錯誤；使用打點計時器，應(yīng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，所以B正確；小車與滑輪間的細線要盡可能與木板平行，才能保證小車做勻變速運動，所以C正確。
(3)小車的加速度大小為
a＝
＝ m/s2
＝0.80 m/s2。
[典例2]　用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻(t＝0)開始的一段時間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運動，每隔1 s測量一次其位置，坐標為x，結(jié)果如下表所示：
t/s 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233
回答下列問題：
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運動，判斷的理由是：_________________________________。
(2)當x＝507 m時，該飛行器速度的大小v＝________m/s。
(3)這段時間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝__________m/s2(保留2位有效數(shù)字)。
相鄰相等時間間隔位移差大小接近
547
79
[解析]　(1)將表格中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化如圖所示，則x1＝507 m，x2＝587 m，x3＝665 m，x4＝746 m，x5＝824 m，x6＝904 m，可得x2－x1＝80 m，x3－x2＝78 m，x4－x3＝81 m，x5－x4＝78 m，x6－x5＝80 m，相鄰相等時間間隔位移差大小接近，可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運動。
(2)x＝507 m時該飛行器的速度即t＝1 s時的瞬時速度，利用勻變速直線運動的特點可知時間中點的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故v＝＝ m/s＝547 m/s。
(3)由逐差法得a＝＝ m/s2≈
79 m/s2。
[典例3]　在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示。
(1)需要的實驗操作有________(多選)；
A．調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行
B．傾斜軌道以補償阻力
C．小車靠近打點計時器靜止釋放
D．先接通電源再釋放小車
ACD
(2)經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖2所示。選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為________cm。已知打點計時器所用交流電源的頻率為50 Hz，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為________m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
2.75
1.48
[解析]　(1)實驗需要調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行，選項A正確；該實驗只要使得小車加速運動即可，不需要傾斜軌道補償阻力，選項B錯誤；為了充分利用紙帶，則小車靠近打點計時器靜止釋放，選項C正確；先接通電源再釋放小車，選項D正確。故選ACD。
(2)計數(shù)點1的讀數(shù)為2.75 cm。已知打點計時器所用交流電源的頻率為50 Hz，則打點周期T＝0.02 s，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為v2＝＝ m/s≈1.48 m/s。
類型2　拓展創(chuàng)新實驗
考向1　實驗器材創(chuàng)新
[典例4]　(2024·廣東廣州二模)某同學采用如圖(a)所示的裝置測量瞬時速度。將氣墊導(dǎo)軌一端墊高，在低端裝上光電門，帶遮光條的滑塊從高端由靜止釋放，寬度為d的遮光條通過光電門的遮光時間為t，當d足夠小時，可用平均速度＝表示遮光條經(jīng)過光電門的瞬時速度。
請完成下列實驗內(nèi)容：
(1)某次實驗，該同學用游標卡尺測量遮光條的寬度d，如圖(b)所示，則d＝________cm；
(2)改變并測量遮光條的寬度，重復(fù)實驗，每次釋放滑塊時，保證遮光條的前端對應(yīng)同一位置，記錄遮光時間t，求出對應(yīng)的平均速度，根據(jù)得到的實驗數(shù)據(jù)(，t)，在圖(c)的坐標系中描點；
0.56
(3)根據(jù)所描的點，在圖(c)中作出隨t變化的圖線；
(4)根據(jù)-t圖線，可求得遮光條寬度d趨于0時，經(jīng)過光電門的瞬時速度v ＝_________________________m/s(結(jié)果保留3位小數(shù))。
見解析圖
2.244(2.240～2.248均可)
[解析]　(1)根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)方法，可得d＝5 mm＋6×0.1 mm＝0.56 cm。
(3)如圖所示。
(4)根據(jù)-t圖線縱軸截距的物理意
義，可得遮光條寬度d趨于0時，
經(jīng)過光電門的瞬時速度v＝2.244 m/s
(2.240～2.248均可)。
創(chuàng)新點解讀　創(chuàng)新點在于利用氣墊導(dǎo)軌和光電門替代打點計時器，通過改變遮光條寬度，多次測出同一位置的速度，再畫-t圖，通過延伸，找到d→0時的瞬時速度。
考向2　實驗設(shè)計創(chuàng)新
[典例5]　用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測量當?shù)氐闹亓铀俣龋瑢嶒炑b置如圖1所示。
(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中
最適合用作實驗中下落物體的是________；
小鋼球
(2)下列主要操作步驟的正確順序是_________(填寫各步驟前的序號)；
①把刻度尺豎直固定在墻上
②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放
③手機固定在三腳架上，調(diào)整好手機鏡頭的位置
④打開手機攝像功能，開始攝像
①③④②
(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如圖2所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為 s，刻度尺的分度值是1 mm，由此測得重力加速度為__________________ m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；
9.6(9.5～9.7均可)
(4)在某次實驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，________(選填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度。
仍能
[解析]　(1)根據(jù)題中提供的小球和測量要求可得出要使用小鋼球進行實驗，與乒乓球、小塑料球相比，小鋼球受到的空氣阻力可忽略，可認為是做自由落體運動，可以減小實驗誤差。
(2)根據(jù)實驗要求，可以得出先固定刻度尺，然后固定手機調(diào)好手機鏡頭位置，打開手機攝像功能進行攝像，最后捏住小球，使小球由靜止下落，即步驟為①③④②。
(3)題圖2左側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為2.00 cm，中間圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為26.00 cm，右側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為76.70 cm，由逐差法可得當?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝。
(4)由于釋放小球時手稍有晃動，小球偏離豎直方向，則小球做平拋運動，但在豎直方向仍做自由落體運動，故仍能用(3)問中的方法測量重力加速度。
創(chuàng)新點解讀　用手機拍攝物體自由下落的視頻，再從視頻中間隔相等的時間截取分幀圖片替代打點計時器和紙帶；利用分幀圖片上物體位置的變化替代研究紙帶運動求解加速度。
考向3　實驗情境創(chuàng)新
[典例6]　某同學利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連，右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。
(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1 s，以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生對應(yīng)位移所用時間和平均速度分別為Δt和。表中ΔxAD＝_________ cm，＝________ cm/s。
位移區(qū)間 AB AC AD AE AF
Δx/cm 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
/(cm·s-1) 66.0 73.0 87.3 94.6
24.00
80.0
(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示。
在圖(c)中補全實驗點。
見解析圖　
(3)從實驗結(jié)果可知，小車運動的-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程＝k·Δt＋b表示，其中k＝__________________ cm/s2，b＝_________________ cm/s(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。
(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝__________，小車的加速度大小a＝________(結(jié)果用字母k、b表示)。
70.0(69.5～70.5均可)
59.0(57～61均可)
b
2k
[解析]　(1)由紙帶數(shù)值得出ΔxAD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm；＝＝80.0 cm/s。
(2)如圖甲所示。
(3)在-t圖像中，將實驗點用直線連接，如圖乙所示，由圖像可求得直線斜率k＝，b＝59.0 cm/s。
(4)由于小車做勻加速直線運動，以A點為運動
起點，其位移方程為Δx＝vAΔt＋a(Δt)2，則平
均速度＝＝vA＋ aΔt。故斜率k＝ a，b＝
vA，所以a＝2k，vA＝b。
創(chuàng)新點解讀　本實驗通過畫-t圖像，考查勻變速直線運動規(guī)律，且考查考生利用數(shù)學工具解決物理問題的能力。
實驗針對訓練(一)　測量做直線運動物體的瞬時速度
1．某同學利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶(寬度用d表示)。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮
光帶、透光帶通過光電傳感器的時間
間隔Δt。
(1)除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要__________(選填“天平”或“刻度尺”)。
(2)該同學測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50 cm，記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示：
編號 1遮光帶 2遮光帶 3遮光帶 …
Δt/(×10-3s) 73.04 38.67 30.00 …
根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為v3＝________m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；
刻度尺
1.5
(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝________________(用d、Δt1、Δt2表示)；
(4)該同學發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當?shù)氐闹亓铀俣龋垖懗鲆粭l可能的原因：____________________________。
光柵板受到空氣阻力的作用
[解析]　(1)該實驗測量重力加速度，不需要天平測質(zhì)量，需要用刻度尺測量遮光帶(透光帶)的寬度，故需要刻度尺。
(2)根據(jù)平均速度的計算公式可知
v3＝＝ m/s＝1.5 m/s。
(3)根據(jù)勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的瞬時速度，有
v1＝，v2＝，v2＝v1＋g
可得g＝。
(4)光柵板下落過程中受到空氣阻力的影響，所以豎直向下的加速度小于重力加速度。
2．(2024·廣東廣州二模)“筋膜槍”是利用內(nèi)部電機帶動“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的裝備。某同學為了測量“槍頭”的沖擊頻率，如圖(a)所示將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對紙帶。啟動筋膜槍，松開紙帶，讓紙帶在重錘帶動下穿過限位孔，“槍頭”在紙帶上打下一系列點跡。更換紙帶，重復(fù)操作，得到多條紙帶，選取點跡清晰的紙帶并舍去密集點跡，完成下列實驗內(nèi)容：
(1)該同學發(fā)現(xiàn)點跡有拖尾現(xiàn)象，他在測量各點間距時，以拖尾點跡左側(cè)邊沿為測量點，如圖(b)所示。①紙帶的________(選填“左”或“右”)端連接重錘；②取重力加速度為9.8 m/s2，可算得“槍頭”的沖擊頻率為________Hz，A點對應(yīng)的速度為_________m/s
(計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。
左
40
1.5
(2)該次實驗產(chǎn)生誤差的原因有：
A．紙帶與限位孔間有摩擦力
B．測量各點間的距離不精確
C．“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動
其中最主要的原因是________(選填“A”“B”或“C”)，該原因?qū)е聸_擊頻率的測量值________實際值(選填“大于”或“小于”)。
C
大于
[解析]　(1)重錘做自由落體運動，速度越來越大，紙帶上點跡間的距離越來越大，故紙帶的左端連接重錘；由勻變速直線運動的推論逐差法g＝，整理得f＝＝40 Hz；A點的速度為vA＝＝×40 m/s≈1.5 m/s。
(2)該次實驗產(chǎn)生誤差最主要的原因是“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動，故選C；“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動，使得重物下落的加速度小于自由落體加速度，故計算頻率時，代入的加速度過大，導(dǎo)致測量結(jié)果偏大，故測量值大于實際值。
3．(2022·廣東卷)某實驗小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失，設(shè)計了如圖(a)所示的裝置，實驗過程如下：
(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可通過光電門。
(2)用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖(b)所示，小球直徑d＝________________________mm。
7.885(7.884～7.886均可)　
(3)測量時，應(yīng)________(選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計時器”，B為“先接通數(shù)字計時器，后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2。
(4)計算小球通過光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為m，可得小球與
橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失ΔE＝____________________ (用字母m、d、t1和t2表示)。
(5)若適當調(diào)高光電門的高度，將會________(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差。
B
m－m
增大
[解析]　(2)依題意，小球的直徑為d＝7.5 mm＋38.5×0.01 mm＝7.885 mm。
(3)在測量時，因小球下落時間很短，如果先釋放小球，有可能會出現(xiàn)時間記錄不完整，所以應(yīng)先接通數(shù)字計時器，再釋放小球，故選B。
(4)依題意，小球向下、向上先后通過光電門時的速度分別為v1、v2，則有v1＝，v2＝，則小球與橡膠材料碰撞過程中機械能的損失量為ΔE＝＝m－m。
(5)若調(diào)高光電門的高度，較調(diào)整之前小球會經(jīng)歷較大的空中距離，所以將會增大因空氣阻力引起的測量誤差。
4．在做“探究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶如圖所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G 7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中沒有畫出，打點計時器接周期為T＝0.02 s的交流電源。
他經(jīng)過測量并計算得到打點計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如表所示。
對應(yīng)點 B C D E F
速度/(m·s-1) 0.122 0.164 0.205 0.250 0.289
(1)計算vF的公式為vF＝________(用已知量字母表示)。
(2)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，作出v-t圖像，令B點為計時起點，并求物體的加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)
見解析圖
0.42
(3)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝51 Hz，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
[解析]　(1)每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，故相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為t＝5T＝0.1 s，利用勻變速直線運動的推論得vF＝＝。
偏小
(2)作出v-t圖像如圖所示
根據(jù)圖線斜率表示加速度可得
a＝＝ m/s2≈0.42 m/s2。
(3)如果在某次實驗中，交流電的頻率為
51 Hz＞50 Hz, 則實際打點周期變小，
由Δx＝at2得，加速度的測量值與實際值相比偏小。
謝 謝 ！

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