2019屆高考物理復習運動的描述勻變速直線運動的研究實驗一研究勻變速直線運動測習題.docx

實驗一研究勻變速直線運動 學生用書P11一、實驗目的1練習正確使用打點計時器2會利用紙帶求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度3會利用紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的vt圖象，根據圖象求加速度二、實驗原理從紙帶上確定計數點和兩計數點間隔的時間，量出相鄰計數點間的距離，利用平均速度求出瞬時速度；計算相鄰計數點距離之差，看其是否是一個常數來確定運動性質三、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細線、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片四、實驗步驟1按照實驗原理圖，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源2把一細線系在小車上，細線繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面3把小車?？吭诖螯c計時器處，接通電源，放開小車4小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶5換紙帶反復做三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析對實驗原理和操作的考查學生用書P121勻變速直線運動的判斷(1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間T內的位移分別為x1、x2、x3、x4、，若xx2x1x3x2x4x3，則說明物體在做勻變速直線運動，且xaT2.(2)利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的vt圖象若vt圖線是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運動2注意事項(1)平行：紙帶、細線要和木板平行(2)兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源，后取紙帶(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞(4)減小誤差：小車的加速度要適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個計數點為宜(5)準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏，而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條直線【典題例析】某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動實驗步驟如下：A安裝好實驗器材；B讓小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列小點，重復幾次，選出一條點跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點開始，每五個點取一個計數點，如圖乙中a、b、c、d等點；C測出x1、x2、x3.結合上述實驗步驟，請你繼續(xù)完成下列任務：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關外，在下列儀器和器材中，必須使用的有_(填選項代號)A電壓合適的50 Hz交流電源B電壓可調的直流電源C秒表D刻度尺E天平F重錘G彈簧測力計(2)如果小車做勻加速運動，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關系是_，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則打c點時小車的速度大小是_(3)如果小車做勻加速直線運動，測出前六段相等時間內的位移分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則小車的加速度a的表達式為：_答案(1)AD(2)x3x2x2x1(3)a1.(2017高考全國卷)某同學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：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，記下擋光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t；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時間內的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟、；多次重復步驟；利用實驗中得到的數據作出t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光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和t的關系式為_(2)由圖(c)可求得，vA_cm/s，a_cm/s2.(結果保留3位有效數字)解析：(1)由于滑塊做勻變速運動，在擋光片通過光電門的過程中，由運動學公式得：tvAta(t)2，則vAat.(2)由vAat結合題圖(c)可知，圖線與縱軸的交點的縱坐標即為vA，將圖線延長與縱軸相交，得vA52.1 cm/s，圖線的斜率等于a，即a cm/s2，求得a16.3 cm/s2.答案：(1)vAt(2)52.116.3對實驗數據處理和誤差分析的考查學生用書P131求速度的方法：根據勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度vn.2求加速度的兩種方法(1)逐差法：即根據x4x1x5x2x6x33aT2(T為相鄰兩計數點之間的時間間隔)，求出a1，a2，a3，再算出a1、a2、a3的平均值a，即為物體的加速度(2)圖象法：以打某計數點時為計時起點，利用vn求出打各點時的瞬時速度，描點得vt圖象，圖象的斜率即為物體做勻變速直線運動的加速度3誤差分析(1)紙帶運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時紙帶、細繩要與長木板平行，同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率(2)選擇一條點跡清晰的紙帶，為減小誤差舍棄點密集部分，適當選取計數點(3)紙帶上計數點間距測量有偶然誤差，故要多測幾組數據，以盡量減小誤差(4)用作圖法作出的vt圖象并不是一條直線為此在描點時最好在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏，而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條直線，讓各點盡量落到這條曲線上，落不到曲線上的各點應均勻分布在曲線的兩側【典題例析】在做“研究勻變速直線運動”的實驗中：(1)實驗室提供了以下器材：打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙、彈簧測力計其中在本實驗中不需要的器材是_(2)如圖所示，是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的時間間隔T0.02 s，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm.下表列出了打點計時器打下B、C、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度位置BCDEF速度(ms1)0.7370.8010.994(3)以A點為計時起點，在坐標圖中畫出小車的速度時間關系圖線(4)根據你畫出的小車的速度時間關系圖線計算出的小車的加速度a_m/s2.(5)如果當時電網中交變電流的頻率是f49 Hz，而做實驗的同學并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏_(選填“大”或“小”)解析(1)本實驗中不需要測量力的大小，因此不需要的器材是彈簧測力計(2)根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度知：vD0.864 m/s同理可得vE0.928 m/s.(3)小車的速度時間關系圖線如圖所示(4)小車的加速度a m/s20.63 m/s2.(5)當交變電流的頻率f49 Hz時，實際周期大于0.02 s，根據運動學公式xaT2得，測量的加速度值與實際值相比是偏大的答案見解析2.某同學使用有透光狹縫的鋼條和光電計時器的裝置測量重力加速度(圖1)在鋼條下落過程中，鋼條擋住光源發(fā)出的光時，計時器開始計時，透光時停止計時，若再次擋光，計時器將重新開始計時實驗中該同學將鋼條豎直置于一定高度(下端A高于光控開關)，由靜止釋放，測得先后兩段擋光時間t1和t2.(1)用游標卡尺測量AB、AC的長度，其中AB的長度如圖2所示，其值為_mm.(2)該同學利用AB及AC，求出AB、AC，再利用測量的時間t1和t2，可得到重力加速度的表達式為_(用AB，AC及給出的時間表示)；若狹縫寬度不能忽略，則測量值比真實值_(“偏大”或“偏小”)解析：(1)游標卡尺的主尺讀數為74 mm，游標尺上第3個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標尺讀數為0.13 mm0.3 mm，所以最終讀數為：74 mm0.3 mm74.3 mm.(2)該同學利用AB，AC，根據極短時間內的平均速度等于瞬時速度表示鋼條運動的中間時刻瞬時速度，重力加速度為g.若狹縫寬度不能忽略，A到C的實際時間大于t1t2.所以測量得到的重力加速度值比其真實值偏大答案：(1)74.3(2)g偏大創(chuàng)新實驗學生用書P14以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥于教材，考查對實驗原理、方法的遷移應用能力，體現開放性、探究性等特點對本實驗的創(chuàng)新遷移可以從以下角度進行：1用氣墊導軌代替長木板；2用頻閃照相的方法或光電計時器代替打點計時器；3小車在長木板上的運動改為重物的自由下落雖然創(chuàng)設了新的情景，但是計算方法依然萬變不離其宗，仍用逐差法計算加速度，平均速度法求解瞬時速度【典題例析】光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結構如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結束的時間記錄下來現利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0102 s和4.0103 s用精度為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數如圖丙所示(1)滑塊的寬度d_cm.(2)滑塊通過光電門1時的速度v1_m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2_m/s.(結果保留兩位有效數字)(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質上是通過光電門1和2時的_，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將_的寬度減小一些解析(1)d10 mm0.05 mm210.10 mm1.010 cm.(2)v1 m/s1.0 m/s，v2 m/s2.5 m/s.(3)v1、v2實質上是滑塊通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊3.在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀具體實驗步驟如下：在漏斗內盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度采集數據進行處理(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是_(2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示，根據數據測得當地重力加速度g_ m/s2；第8個水滴此時的速度v8_ m/s.(結果都保留三位有效數字)(3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：_.解析：(1)后一水滴經過一個頻閃間隔運動到前一水滴的位置，可看到仿佛固定不動的一串水滴，即頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率時，水滴仿佛不動(2)g m/s29.72 m/s2；v8 m/s2.27 m/s.(3)存在空氣阻力會對水滴的運動產生影響，水滴滴落的頻率不恒定也會對實驗產生影響答案：見解析,學生用書P14)1小張同學想研究一遙控電動車的運動情況，他找來一個塑料瓶，設計了一個如圖甲所示的裝置，瓶內裝上墨水，通過調節(jié)開關使墨水緩慢滴下，然后將這個裝置固定在車的尾部，如圖乙所示使車從靜止開始在足夠大的水平地面上沿直線前進，然后他在離出發(fā)點不遠處，選擇墨水滴間距離較大處的一個點為起點，用卷尺依次測量這個點后面的10個點到這個點的距離，并記錄在下面的表格中12345678910距離(m)0.4221.5463.0764.8906.8138.71310.64512.57114.48316.429(1)小張制作的裝置相當于物理實驗室中的_(填儀器名稱)(2)通過表中數據，你認為小車在所記錄的這段時間內的運動情況是_(3)要測量小車做勻速運動時的速度，小張同學還需要知道的物理量是_，他還需要的測量工具是_，測量方法是_.解析：(1)小張制作的裝置相當于打點計時器(2)相鄰兩點間的距離如表所示s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10距離(m)0.4221.1241.5301.8141.9231.9001.9321.9261.9121.946可以看出，開始時相鄰兩點間的距離是逐漸變大的，后面兩點間的距離基本上保持不變，說明開始時小車先做加速運動，后做勻速運動再進一步分析做加速運動時加速度的變化，相鄰兩點間距離的差值如表所示s2s1s3s2s4s3s5s4s6s5s7s6s8s7s9s8s10s9距離差(m)0.7020.4060.2840.1090.0230.0320.0060.0140.034可以看出，剛開始時相鄰兩點間距離差在逐漸變小，說明小車的加速度在逐漸減小，所以小車先做加速度減小的加速運動，后做勻速運動(3)要測量小車做勻速運動時的速度，還必須知道相鄰兩墨水滴滴下的時間間隔T，要測量時間間隔需要用秒表測量方法是從某滴開始下落時開始計時，并計數為1，數到第n滴開始下落時停止計時，則時間間隔T，注意n不可太小，一般取30滴以上答案：(1)打點計時器(2)先做加速度變小的加速運動，后做勻速運動(3)相鄰兩墨水滴滴下的時間間隔T秒表從某滴開始下落時開始計時，并計數為1，數到第n滴開始下落時停止計時，則時間間隔T2某同學用如圖甲所示裝置測量重力加速度g，所用交流電頻率為50 Hz.在所選紙帶上取某點為0號計數點，然后每隔4個計時點取一個計數點，所有測量數據及其標記符號如圖乙所示該同學用兩種方法處理數據(T為相鄰兩計數點的時間間隔)：方法A：由g1，g2，g5，取平均值 8.667 m/s2；方法B：由g1，g2，g3，取平均值 g8.673 m/s2.從數據處理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，對實驗結果起作用的：方法A中有_；方法B中有_因此，選擇方法_(選填“A”或“B”)更合理，這樣可以減少實驗的_(選填“系統(tǒng)”或“偶然”)誤差本實驗誤差的主要來源有_(試舉出兩條)解析：方法A的實質：/5方法B的實質：/3故方法A中2個數據起作用，方法B中6個數據起作用答案：x1、x6或37.5 mm、193.5 mmx1、x2、x3、x4、x5、x6或37.5 mm、69.0 mm、100.5 mm、131.5 mm、163.0 mm、193.5 mmB偶然阻力(空氣阻力、振針的阻力、限位孔的阻力、復寫紙的阻力等)、交流電頻率波動、長度測量、數據處理方法等3(2017高考全國卷)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(已知滴水計時器每30 s內共滴下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(2)該小組同學根據圖(b)的數據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.(結果均保留2位有效數字)解析：(1)由于小車在水平桌面上運動時必然受到阻力作用，做勻減速直線運動，相鄰水滴(時間間隔相同)的位置間的距離逐漸減小，所以由題圖(b)可知，小車在桌面上是從右向左運動的(2)滴水計時器每30 s內