廣東省深圳市寶安區(qū)2023-2023學(xué)年人教版高三物理重點考點專題專練：研究勻變速直線運動的實驗

第8頁研究勻變速直線運動的實驗專題專練根底知識實驗中紙帶的處理方法1．判定物體的運動性質(zhì)〔1〕假設(shè)紙帶上各相鄰點間距相等，那么物體做勻速運動?！?〕假設(shè)相鄰計數(shù)點時間間隔為T，計算各個連續(xù)相等時間內(nèi)位移的差Δx，假設(shè)Δx=aT2〔恒量〕，那么物體做勻變速直線運動。2．某點瞬時速度的計算根據(jù)在勻變速直線運動中，某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中點時刻的瞬時速度：vn=，即n點的瞬時速度等于〔n–1〕點和〔n+1〕點間的平均速度。3．加速度的計算：一般有兩種方法〔1〕利用“逐差法〞求加速度由于物體做勻變速運動，所以滿足在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)位移差相等，即Δx=aT2，可得a=。但利用一個Δx求得的加速度偶然誤差太大，為了減小實驗中的偶然誤差，分析紙帶時，紙帶上的各段位移最好都用上，方法如下：〔a〕如下圖，假設(shè)為偶數(shù)段，設(shè)為6段，那么，，，然后取平均值，即或由直接求得；〔b〕假設(shè)為奇數(shù)段，那么中間段往往不用，如5段，那么不用第三段，那么，，然后取平均值，即；或去掉一段變?yōu)榕紨?shù)段由；〔2〕先求出第n點時紙帶的瞬時速度〔一般要5點以上〕，然后作出v–t圖象，用v–t圖象的斜率求物體運動的加速度。實驗的考前須知〔1〕平行：紙帶、細(xì)繩要和木板平行?！?〕兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶?！?〕防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞?！?〕減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6~7個計數(shù)點為宜。a．作出速度—時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度。依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速運動的方法〔1〕x1、x2、x3…xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離?！?〕Δx是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：Δx1=x2–x1，Δx2=x3–x2…?！?〕T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T=0.02n〔打點計時器的頻率為50Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù)〕?！?〕Δx=aT2，因為T是恒量，做勻變速直線運動的小車的加速度a也為恒量，所以Δx必然是個恒量。這說明：只要小車做勻加速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間里的位移之差就一定相等。例題精講例1、電火花計時器使用_______電源，電壓為_______V。當(dāng)電源的頻率為50Hz時打點計時器每隔_______s打一個點，當(dāng)交流電的頻率小于50Hz時，仍按50Hz計算，那么測量的速度的數(shù)值比真實的速度數(shù)值_______〔填“偏大〞“偏小〞“不變〞〕?！敬鸢浮拷涣?200.02偏大【解析】電火花打點計時器是使用220VQUOTE220V交流電源的儀器，其打點周期與交流電的周期相同，假設(shè)交流電頻率為50赫茲，那么其打點周期為0.02sQUOTE0.02s，當(dāng)電源頻率低于50HzQUOTE50Hz時，實際打點周期將變大，而進(jìn)行計算時，仍然用0.02sQUOTE0.02s，因此測出的速度數(shù)值將比物體的真實數(shù)值大。例2、〔1〕兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=________s?！?〕由紙帶可知，小車的加速度為a=________m/s2，在打D點時小車的速度vD=_______m/s〔以上兩空保存兩位有效數(shù)字〕，F(xiàn)到G的距離為______cm?！?〕假設(shè)實驗時，電源頻率略低于50Hz，但該同學(xué)仍按50Hz計算小車的加速度，那么測量得到的小車的速度與真實的速度相比將________〔選填“偏大〞“偏小〞或“不變〞〕?！敬鸢浮俊?〕0.1〔2〕0.750.405.90〔3〕偏大【解析】〔1〕當(dāng)電源頻率是50Hz時，打點計時器每隔0.02s打一次點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，因此時間間隔為T=0.02×5s=0.1sQUOTET=5×0.02s=0.1s?！?〕?x=0.75cmQUOTEΔx=0.75cm，根據(jù)勻變速直線運動推論?x=aT2QUOTEΔx=aT2可得：QUOTEa=ΔxT2=0.75×10-2m(0.1s)2=0.75m/s2，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，因此有，根據(jù)題意可知：xEF=19.65cm–14.50cm=5.15cmQUOTExEF=19.65cm-14.50cm=5.15cm，QUOTExFG-xEF=ΔxxFG–xEF=?〔3〕當(dāng)電源頻率低于50Hz，其打點周期大于0.02s，所以仍按50Hz計算，即0.02s，據(jù)QUOTEv=xt可知，測出的速度數(shù)值將比真實值偏大。專題專練1．〔1〕關(guān)于打點計時器的使用，以下說法中正確的選項是A．電磁打點計時器使用的是4~6V的直流電源B．在使用打點計時器時，先讓物體運動，后接通打點計時器的電源C．使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小D．紙帶上打的點越密，說明物體運動得越快〔2〕在研究勻變速直線運動的實驗中電源頻率為50Hz，如下圖為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的記數(shù)點，相鄰記數(shù)點間有4個計時點未標(biāo)出，設(shè)A點為計時起點①BE間的平均速度QUOTEvBE=m/s。②C點的瞬時速度vC=m/s。③小車的加速度a=m/s2。2．利用打點計時器探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律。其中交變電流的頻率為50Hz，如圖給出了該次實驗中，從A點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G都為計數(shù)點。測得各計數(shù)點到A點的距離分別為:d1=1.40cm，d2=3.29cm，d3=5.69cm，d4=8.59cm，d5=12.00cm，d6=15.90cm。〔1〕如果該紙帶A端與小車相連，那么小車的運動方向為〔選填“A→B〞或“B→A〞〕，且小車做〔填“勻加速〞“勻減速〞或“變加速〞〕直線運動?！?〕在打計數(shù)點F時，小車運動的瞬時速度為vF=m/s，小車的加速度大小為a=m/s2。〔本小題計算結(jié)果數(shù)值均保存兩位有效數(shù)字〕〔3〕如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓略偏小，但仍然穩(wěn)定。而做實驗的同學(xué)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〞〕。3．在用電火花計時器“研究勻變速直線運動〞的實驗中，如下圖是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出。〔電源頻率為50Hz〕〔1〕根據(jù)運動學(xué)有關(guān)公式可求得vB=1.38m/s，vC=________m/s，vD=3.90m/s?！?〕利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運動的加速度a=________m/s2?！?〕假設(shè)利用求得的數(shù)值作出小車的v–t圖線〔以打A點時開始計時〕，將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標(biāo)是0.12m/s，此速度的物理意義是______________。4．在做“研究勻變速直線運動〞的實驗中。如下圖，某同學(xué)由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，其中x1=7.05cm，x2=7.68cm，x3=8.33cm，x4=8.95cm，x5=9.61cm，x6=10.26cm?！?〕通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊的運動情況是________?！?〕下表列出了打點計時器打下B、C、E、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D點時小車的瞬時速度。位置BCDEF速度〔m/s–1〕0.7370.8010.9280.994請以A點為計時起點，在圖中畫出小車的速度–時間關(guān)系圖線?！?〕根據(jù)你畫出的小車的速度–時間關(guān)系圖線計算出小車加速度a=________m/s2；A點的瞬時速度______?！惨陨辖Y(jié)果均保存兩位有效數(shù)字〕。5．用打點計時器研究自由落體運動：〔1〕打點計時器是中學(xué)研究物體運動時常用的實驗器材，常見的有電磁打點計時器和電火花計時器兩種。關(guān)于電磁打點計時器和電火花計時器的比擬，以下說法正確的選項是A．電磁打點計時器使用交流電源，電火花計時器使用直流電源B．它們都是使用10V以下的交流電源C．當(dāng)電源頻率為50Hz時，它們都是每隔0.02s打一個點D．電火花計時器工作時，紙帶運動受到的阻力較小，所以實驗誤差也較小〔2〕某同學(xué)用如圖甲所示裝置測量自由落體加速度g，得到如圖乙所示的一段紙帶，他每兩個點取一個計數(shù)點〔交流電頻率為50Hz〕，測得AB=7.65cm，BC=9.17cm。那么打B點時重物的瞬時速度為m/s，測得的自由落體加速度g=m/s2，它比真實值偏〔選填“大〞或“小〞〕?！步Y(jié)果保存兩位有效數(shù)字〕6．某同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律〞的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出0、1、2、3、4、5、6共7個測量點。其相鄰點間的距離如下圖，每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10，試完成下面問題。〔1〕根據(jù)紙帶上各個測量點間的距離，某同學(xué)已將1、2、3、5點對應(yīng)的時刻的瞬時速度進(jìn)行計算并填入表中，請你將4點對應(yīng)的時刻的瞬時速度填入表中?！惨蟊４?位有效數(shù)字〕瞬時速度v1v2v3v4v5數(shù)值〔m·s-1〕0.1650.2140.2630.363〔2〕在圖中所示的直角坐標(biāo)系中畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線?！?〕由圖象求出小車的加速度a=________m/s2。7．某同學(xué)用如下圖的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟如下：〔1〕安裝好實驗器材。〔2〕接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復(fù)幾次。以下圖為一次實驗得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰兩計數(shù)點間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5、6七個計數(shù)點，用米尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離如下圖?！矄挝唬篶m〕〔3〕測量1、2、3、…6計數(shù)點到0計數(shù)點的距離，分別記做s1、s2、s3…s6記錄在以下表格中，其中第2點的讀數(shù)如圖，請?zhí)钊胂路奖砀裰?。序?23456s〔cm〕6.1819.8627.3235.2243.54〔4〕通過測量和計算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做?！?〕分別計算出打計數(shù)點時的速度v1、v2、v3、v4、v5，并記錄在以下表格中，請計算出v1的數(shù)值并填入下方的表格中。序號12345v〔m/s〕0.680.730.770.81〔6〕以v為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，請在圖中描出各點，并畫出v-t圖線。由圖求得a=_________m/s2?！脖４鎯晌挥行?shù)字〕8某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器〞計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖〔a〕所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖〔b〕記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置?！驳嗡嫊r器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴〕〔1〕由圖〔b〕可知，小車在桌面上是____________〔填“從右向左〞或“從左向右〞〕運動的?！?〕該小組同學(xué)根據(jù)圖〔b〕的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖〔b〕中A點位置時的速度大小為___________m/s，加速度大小為____________m/s2。〔結(jié)果均保存2位有效數(shù)字〕9．某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下：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τ谛泵娴奈恢?，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)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間?t；③用?s表示擋光片沿運動方向的長度，如圖〔b〕所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的?t時間內(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②③；⑤屢次重復(fù)步驟④；⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出–?t圖，如圖〔c〕所示。完成以下填空：〔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)光電門時滑塊的瞬時速度大小，那么與vA、a和?t的關(guān)系式為=?！?〕由圖〔c〕可求得，vA=cm/s，a=cm/s2?！步Y(jié)果保存3位有效數(shù)字〕10．某同學(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動?！?〕實驗中必要的措施是______。A．細(xì)線必須與長木板平行 B．先接通電源再釋放小車C．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量 D．平衡小車與長木板間的摩擦力〔2〕s5=6.78cm，s6=7.64cm。那么小車的加速度a=______m/s2〔要求充分利用測量的數(shù)據(jù)〕，打點計時器在打B點時小車的速度vB=_______m/s?！步Y(jié)果均保存兩位有效數(shù)字〕參考答案1．〔1〕C〔2〕①3.27m/s②2.64m/s③12.6m/s2〔2〕相鄰記數(shù)點間有4個計時點未標(biāo)出，說明兩個計數(shù)點之間的時間間隔為5個間隔，相鄰記數(shù)點間的時間間隔為：T=5t=5×0.02s=0.1sQUOTET=5t=5×0.02①由平均速度的定義式：QUOTEvBE＝1.0560-0.0②C點的瞬時速度等于BD段時間內(nèi)的平均速度即；QUOTEvC=0.6030-0.07502×0.1=2.64m/s③小車的加速度：。2．〔1〕B→A勻加速〔2〕0.370.50〔0.49~0.51均可〕〔3〕不變【解析】〔1〕如果該紙帶A端與小車相連，那么小車的運動方向為B→A，因?d=0.5cm，故小車做勻加速直線運動?！?〕小車運動的瞬時速度為小車的加速度大小為?！?〕如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓略變小，打點計時器的打點時間間隔不變，加速度a的測量值不變，加速度的測量值與實際值相比不變。3．〔1〕2.64〔2〕12.6〔3〕從A點開始計時時，小車的速度為0.12m/s〔3〕根據(jù)描點法作圖，圖象如下圖此速度的物理意義是打點計時器打下計時點A時紙帶對應(yīng)的速度。4．〔1〕加速運動〔2〕0.864如下圖〔3〕0.640.673【解析】〔1〕vC–vB=vD–vC速度逐漸變大，物體做加速運動?！?〕，圖象如下圖?！?〕由圖象可知a=0.64m/s2，A點的初速度為vA=vB–aT=0.673m/s。5．〔1〕CD〔2〕2.19.5小6．〔1〕0.314〔2〕如下圖〔3〕0.55【解析】〔1〕測量點4的瞬時速度為?！?〕如下圖〔3〕加