2019高中物理 重难点复习一本通 专题04 实验：研究匀变速直线运动通关检测1.doc

1专题专题 0404 实验：研究匀变速直线运动实验：研究匀变速直线运动1在做“研究匀变速直线运动基本公式应用”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图 1 所示，并在其上取了 A、B、C、D、E、F、G 7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点图中没有画出，电火花计时器接 220V、50Hz 交流电源（1）设电火花计时器的周期为 T ， 计算 F 点的瞬时速度Fv的公式为Fv=_；（2）如果当时电网中交变电流的电压变成 210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比_（填“偏大”、“偏小”或“不变”）【答案】（1）64 10dd T（2）不变2如图甲所示是小格同学测定当地重力加速度的装置图，他进行了如下操作：他先安装好电磁打点计时器，打点计时器两个接线头与 6V、50Hz 交流电源相连将纸带固定上重锤，并穿过打点计时器的限位孔，用夹子夹住纸带上端待重锤稳定于图示位置，松开夹子后迅速接通电源打点，之后将打好点的纸带取下准备处理数据.2（1）上述操作中不当之处有_（填正确答案标号）。A打点计时器接在低压电源上了B打点计时器安装位置过高，使重锤初始位置离打点计时器太远C先放纸带后接通电源（2）小致同学按照正确的操作得到了.条较为理想的纸带， 选择某一点为 0，依次每隔四个计时点取一个计数点编号为 1、2、3、4、5.，由于不小心，纸带被撕断了，如图乙所示请在在 B、C、D 三段纸带中选出从纸带 A 上撕下的那段应该是_（填正确答案标号）（3）依据小致打出的纸带求得当地重力加速度大小为_m/s².（结果保留三位有效数字）【答案】（1）BC （2）D （3）9.729.74（3）根据2xaT 得：29.74m/sg 【点睛】此题要求掌握匀变速直线的物体在根据连续相等时间内的位移之差是一恒量；根据2xaT 求出物体的加速度；所以要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用3打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题。（1）打点计时器是一种_的仪器（填“计时”或者“测位移”）；3（2）如图甲乙是两种打点计时器的图片，其中甲是_打点计时器，（3）关于上面两种打点计时器，下列说法中正确的是_.A甲打点计时器使用直流电源，乙计时器使用交流电源B它们都是使用 10V 以下的交流电源C当电源频率为 50HZ 时，它们都是每隔 0.02s 打一个点D乙计时器工作时，纸带运动受到的阻力较小，所以实验误差也较小（4）在研究匀变速直线运动的实验中，小车拖着纸带通过计时器记录下的运动情况如图所示，图中A、B、C、D、E 为连续选定的计数点，相邻计数点间的时间间隔是 0.10s，标出的数据单位是厘米，则在打 C 点时小车的速度是_m/s，小车运动的加速度是_m/s2（5）小文利用打点计时器研究甲和乙两个物体的运动，分别得到 2 条纸带对毎条纸带，均选择合适的点作为第一个计数点，再依次每 5 个点取 1 个计数点，并在各计数点处将其剪断，然后将这些剪断的纸条粘贴在相同的坐标纸上，最后将纸条上端中心连起来，如图甲、乙所示由图可判断_。A乙物体的加速度比甲大B两物体均做匀速直线运动C打第三个计数点时，甲物体的速度比乙大4D打第一个计数点时，物体的速度有可能为零【答案】（1）计时 （2）电磁 （3）CD （4）0.19 0.20 （5）A【解析】（1）电磁打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点的仪器，它使用交流电源，由学生电源供电，工作电压为 46V.电火花打点计时器使用电压为 220V.当电源的频率为 50Hz 时，它每隔 0.02s 打一个点。所以可以通过打点个数得到所用的时间。所以打点计时器是一种计时仪器；（2）甲是电磁打点计时器；（4）根据匀变速直线运动的推论得：0.19m/s2BD cxvT ；设两点之间为位移分别为：1x、2x、3x、4x，根据逐差法得：24321 20.20m/s4xxxxaT ； （5）A. 如果将将纸条上端中心连起来，得到的直线是纸带的 vt 图象，该图象斜率表示加速度，所以乙物体的加速度比甲大，故 A 正确；B. 相等的时间间隔内位移增大，所以两物体均做加速直线运动，故 B错误；C. 根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，所以打第三个计数点时，甲物体的速度比乙小，故 C 错误；D. 根据图象在纵轴上的截距不为零，所以打第一个计数点时，物体的速度不可能为零，故 D 错误；故选：A.4（1）目前实验室用的打点计时器有_打点计时器和_打点计时器两种，它们所接电源均为_（填“交流”或者“直流”）电源，频率为_，在纸带上每 5 个点取一个计数点，两个计数点之间的时间间隔是_s；根据打点计时器打好的纸带，在下边列出的物理量中： A、时刻； B、时间； C、位置； D、位移； E、平均速度； F、瞬时速度；G、加速度；可以从纸带上直接得到的物理量是：_通过适当的计算可以得到的物理量是：_ （2）使用电火花打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下基本步骤：A、把电火花打点计时器固定在桌子上B、安装好纸带C、松开纸带让物体带着纸带运动5D、接通 220V 交流电源E、按下脉冲输出开关，进行打点这些步骤正确的排列顺序为_（3）利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图给出了该次实验中从 0 点开始，每 5 个点取一个计数点的纸带，其中 0、1、2、3、4、5、6 都为记数点令相邻计数点的时间间隔为 T，则在计时器打出点 2 时，小车的速度2v_；小车的加速度a_（用题目给的符号写出计算表达式）。【答案】（1）电磁 电火花 交流 50 Hz 0.1 ABCD EFG （2）ABDEC （3）23 2ss T654321 29ssssss T【解析】（1）目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种,当它们所接电源均为频率为 50Hz 的交变电流时,每隔 0.02s 打一个点. 在纸带上每 5 个点取一个计数点，两个计数点之间的时间间隔是 0.1s，（2）实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，注意实验中为了使打点稳定后再进行实验，同时为了提高纸带的利用率，尽量将纸带上打满点，要先接通电源后释放纸带，要符合事物发展规律，故正确的操作步骤为：ABDEC；（3）每 5 个点取一个计数点的纸带，所以相邻两个计数点之间的时间间隔为 0.1s，根据中点时刻的速度等于平均速度，可求出23 22ssvT；利用2xaT 可求得小车的加速度为654321 29ssssss T.6【点睛】在具体进行实验操作时，一般本着先安装器材、再进行实验、最后实验完毕整理器材的步骤进行的，因此熟练打点计时器的应用步骤，即可正确解答；利用中点时刻的速度等于平均速度求解某点的瞬时速度，在利用2xaT 求解纸带的加速度。5在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了 A、B、C、D、E、F、G 7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点图中没有画出，电火花计时器接 220V、 50Hz 交流电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打 B、C、D、E、F 各点时物体的瞬时速度如下表：（1）根据表中给出的数据，以 A 点对应的时刻为 t0，试在图坐标系中合理选择好标度，作出 v-t 图象_。根据图象求出打 G 点时物体的速度 v_m/s；（保留两位有效数字）；（2）当时电网中交变电流的频率变为 49Hz 电压变为 210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比_（选填 “偏大”、“偏小”或“不变”）。【答案】（1）如图所示 0.34（0.330.35） （2）偏大【解析】（1）作出 v-t 图象如图所示，注意尽量使描出的点落到直线上，不能落到直线上的点尽量让其分布在直线两侧 7由速度-时间图象的斜率表示加速度，得：20.40m/svat所以0.34m/sGFvvat。（2） 实验中电压偏小不影响打点周期当电源的频率为 50Hz 时打点计时器每隔10.02sTf 打一个点，当交流电的频率小于 50Hz 时，打点时间间隔 T 变大，大于 0.02s，如果仍按 50Hz 计算，计算所用的时间小于真实时间，则测量的速度的数值比真实的速度数值偏大。【点睛】根据给出的速度的数值做出图象,根据速度-时间图象的斜率表示加速度解出加速度的数值再根据0vvat求解 G 点的速度。1如图所示，一电火花打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图甲所示。已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz，图中每两个计数点之间有四个点没画出来。（结果均保留两位小数）（1）根据纸带可判定小车做_运动。（2）打点计时器打 A 点时小车的速度Av _m/s.打点计时器打 B 点时小车的速度Bv _m/s.（3）利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a _2m/s.【答案】（1）匀加速直线 （2）0.11 0.15 （3）0.208【解析】（1）由纸带上数据分析可知，在连续相等时间内的位移之差x为恒量，则根据公式2xaT 可知加速度a为定值，故小车做匀加速直线运动运动。（2）根据题意可知相邻的 2 个计数点间的时间间隔为：0.1sT ，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则：0.11m/sAv ，同理有：0.15m/sBv ；（3）根据运动学公式2xaT ，则加速度为：2 20.20m/sxaT 。【点睛】考查瞬时速度的求解，掌握平均速度等于瞬时速度的条件，并理解和应用公式2xaT ，注意有效数字的保留。2用图 1 所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点 O（t=0），然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点，如图 2 中 A、B、C、D、E、F所示。c通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作1v、2v、3v、4v、5vd以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图 3 所示。9结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_（填选项前的字母）。A电压合适的 50 Hz 交流电源B电压可调的直流电源C刻度尺D秒表E天平（含砝码）（2）在图 3 中已标出计数点 A、B、D、E 对应的坐标点，请在该图中标出计数点 C 对应的坐标点，并画出vt图象。（3）观察vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_。vt图象斜率的物理意义是_。（4）描绘vt图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度x t 表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_（选填“越小越好”或“与大小无关”）；从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差_（选填“有关”或“无关”）。（5）早在 16 世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图 4 所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_。【答案】（1）A C （2）如图所示 （3）小车的速度随时间均匀变化 加速度 （4）越小越好 有关 （5）如果小球的初速度为 0，其速度vt，那么它通过的位移2xt。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化10【解析】（1）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选 AC（2）利用所给点迹描点连线，得图象其中 C 点的横坐标为3T，纵坐标为3v（3）结合图象可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图象的斜率代表了运动时的加速度（4）t越小，则x t 越接近计数点的瞬时速度，所以t越小越好，计算速度需要用到x的测量值，所以x大小与速度测量的误差有关。【点睛】本题考查了速度与时间得关系，速度没有办法直接测量，所以要利用物理关系转化，转换成我们能够测量的量，然后在来验证速度与时间得关系。3甲、乙两同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况，11（1）甲同学实验装置如图（a）所示，打点计时器的工作频率为 50Hz纸带上计数点的间距如图（b）所示，其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出则：部分实验步骤如下：A测量完毕，关闭电源，取出纸带B接通电源，打点计时器工作C放开小车D将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连E把打点计时器固定在夹板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是：_（用字母填写）图（b）中打 A 点时小车运动的速度Av=_m/s图（b）中小车运动的加速度a=_m/s2若电源频率低于 50 赫兹时，仍按相邻两个计数点时间间隔为 0.10s 计算，则测出小车的加速度_（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）（2）乙同学“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带如图（c）所示，O、A、B、C、D 和 E 为纸带上六个计数点加速度大小用a表示图（d）是根据实验数据绘出的2xt图线（x 为各计数点至同一起点的距离），斜率表示_ （用a表示），其大小为_m/s2（ 结果均保留两位有效数字）【答案】（1）EDBCA 0.34 0.39 偏大 （2）21 2xat0.47【解析】（1）先连接实验器材，后穿纸带，再连接小车，最后打点并选择纸带进行数据处理；故答案为：EDBCA；12根据匀变速直线运动的推论公式2xaT 可以求出加速度的大小，小车运动的加速度计算表达式为：2 20.39m/s4BDOBxxaT ；当电源频率低于低于 50Hz 时，实际打点周期将变大，根据运动学公式 v2xaT 得：真实的加速度值就会偏小，所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏大；（2）由图象及题意可知，物体做初速度为零的匀变速直线运动，则21 2xat ，所以2xt图象的斜率1 2ka ，由图象可知20.47m/sk 。 4探究匀变速运动规律时，老师取出一条点迹清晰的实验纸带，按照打点顺序，以开始运动时刻为起点，每 5 个剪下来一条短纸带，然后把纸带下端对齐，依次摆放在 x 轴上，如图所示，已知打点计时器使用交流电源的频率是 50Hz，（1）每条纸带对应的运动过程对应的时间间隔为t=_s；（2）运动开始后 t=0.05s 时刻，小车的瞬时速度为v=_m/s（计算结果保留两位有效数字）；（3）结合坐标中的数据信息，可得小车加速度大小是_ m/s2计算结果保留两位有效数字）；【答案】（1）0.1 （2）2.1 （3）0.13【解析】（1）每条纸带对应的运动过程对应的时间间隔为0.1st ；（2）运动开始后0.05st 时刻，小车的瞬时速度等于第一段纸带的平均速度：2.1m/sv ；（3）如图所示即相当于物体的速度-时间图象，则斜率即为加速度，横坐标每一纸带的宽度代表 0.1s，解得：20.13m/sa 。13【点睛】此题中处理纸带的方法中，纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比，还等于各段纸带中间时刻的速度之比，即纸带的高度之比等于中间时刻速度之比这种等效替代的方法减小了解题难度6如图所示，为了测量滑块（装有遮光条） 的加速度，在倾斜的气垫导轨上安放两个光电门 A、B，配套的数字毫秒表会自动记录遮光条通过光电门的相应时间某同学根据自己的设想，做了如下操作：将计时方式设定为记录“遮光条从光电门 A 运动到 B 的时间”将滑块从导轨上某处自由滑下，测出两光电门间距 x，并记下毫秒表上的示数保持光电门 B 位置不动，适当移动光电门 A 的位置，重复步骤重复步骤若干次（1）关于操作中的注意事项，下列各项正确的是_A必须洲量遮光条的宽度B两光电门的间距应适当大些C在每次重复的步骤中，滑块必须从导轨的同一位置自由滑下D导轨倾斜是为了平衡摩擦（2）已知该同学的两组数据：x1=40cm，t1=0.800s；x2=63cm，t2=0.900s，则滑块的加速度a=_m/s2【答案】（1）BC （2）4.014（2）1t中间时刻的速度：1 1 10.5m/sxvt中 ，2t中间时刻的速度：220.7m/sxvt2中 ，1t中间时刻到2t中间时刻的时间间隔：210.05s2ttt ，加速度：2214.0m/svvat中中。