（最全）2017-2018学年高一物理寒假作业第04天实验：研究匀变速直线运动新人教版

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1、第 4 天实验：研究匀变速直线运动 考纲要求：难易程度： 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甲 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220 V、 50 Hz 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）设电火花计时器的周期为T，计算vF的公式vF_； （2）根据图甲中得到的数据，以A点对应的时刻为t0，试在图乙所示坐标系中合理选择 好标度，作出vt图象，利用该图象求物体的加速度a=_ m/s 2。 【参考答案

2、】（1）（ 2）如图所示 0.402 【试题解析】 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，可以求出打 纸带上F点时小车的瞬时速度大小，根据速度时间图象的斜率表示加速度解出加速度的数 值。 （2）作出vt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 。 由 速 度 时 间 图 象 的 斜 率 表 示 加 速 度 ， 得 。 【知识补给】 数据处理及试验结论 （1）由实验数据得出vt图象。 根据表格中的v，t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，得出vt图象； 做一条直线， 使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到

3、直线上的点，应均匀分 布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图象，它是一条倾斜的直线。 （2）有实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。v随t变化的 函数关系为v=kt+b。 求解加速度的方法 （1）逐差法（如图所示） 在求解加速度时，常会遇到以下两种方法： 方法一：，得 方法二：， （2）图象法（如图所示） 由平均速度法求出多个点的速度，画出vt图象，直线的斜率表示加速度。平均速度法求 某点的瞬时速度，即。 光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别 是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体 的

4、挡光时间， 图乙中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1 和 2 是固定在木板上适当 位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d从木板的顶端滑下，光 电门 1、2 各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.5 10 2 s 和 1.0 10 2 s，小滑块d 的宽度为0.5 cm ，可以测出滑块通过光电门1 的速度v1=_m/s，滑块通过光电门2 的 速度v2=_m/s。（保留两位有效数字） 数字计时器常与气垫导轨配合使用，是物理实验室常用仪器。计时系统的工作要借助 于光源和光敏管（统称光电门）。光源和光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经 过时， 其上的遮光条把光遮

5、住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显 示出来。 根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。某实验小组利用如图 所示的实验装置来探究物体做匀变速运动的加速度。 （1）由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x_mm ； （2）该实验小组在做实验时，先测定了滑块上的遮光条宽度为d，然后将滑块从如图所示 位置由静止释放， 由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1 的时间 t1，遮光条通过光电 门 2 的时间 t2，则滑块经过光电门1 时的瞬时速度的表达式v1_，滑块的加速度 的表达式a_。（以上表达式均用字母x、d、t1、t2表示） 物理兴趣小组用图示装置测滑块与长木板

6、间的动摩擦因数，在水平桌面上放有一端装 有定滑轮的长木板，长木板上固定有甲、乙两个光电门， 与光电门相连的计时器能显示固定 在滑块上的遮光片通过光电门时遮光的时间，滑块经绕过定滑轮的轻质细绳与测力计的挂钩 相连， 测力计下端吊着装有砂的砂桶；测力计能显示挂钩处所受的拉力。当地的重力加速度 为g。 （1）长木板没有定滑轮的一端_（填“需要”或“不需要”）垫高来平衡摩擦力。 （2）测出遮光片的宽度为d，两光电门间的距离为L，将滑块从图示位置由静止释放，测得 滑块通过甲、乙两光电门的时间分别为、，记录滑块运动过程中测力计的示数F，滑块 和遮光片的总质量为m，则滑块运动的加速度为_。（用题中所给或测量

7、得出的物 理量的符号表示） 如图是某研究性学习小组自己组装的用DIS 实验装置来测定当地重力加速度g的实验 方案（与数据采集器和计算机的连接均未画出）。实验中已测量的物理量有：小球直径d、 小球通过光电门1 和 2 的时间 t1、t2， （1）还需测出的一个物理量是_ ； （2）写出 g 值的表达式 _ 。 利用图（ a）所示的装置测量滑块运动的加速度，将木板水平固定在桌面上，光电门A 固定在木板上靠近物块处，光电门B的位置可移动， 利用一根压缩的短弹簧来弹开带有遮光 片的滑块。实验步骤如下： （1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图（b）所示，d=_cm； （2）两个光电门同时连接计时

8、器，让滑块从O位置弹开并沿木板向右滑动，用计时器记录 遮光片从光电门A运动至B所用的时间t，再用米尺测量A、B之间的距离s。则表示滑 块在A至B段的 _的大小； （3）保持光电门A的位置不动，逐步改变光电门B的位置，每次都使滑块从O位置弹开， 用计时器记录每次相应的t值，并用米尺测量A、B之间相应的距离s。每次实验重复几次 测量后取平均值，这样可以减少实验的_误差（填“偶然”或“系统”）； （4）若用图象处理数据，所得图象如图（c）所示，该图线在轴上的截距表示滑块 经过 _速度的大小；用作图法算出滑块运动的加速度a= _。（保留2 位有 效数字） 某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置

9、如图1 所示，一小车放在水平长 木板上， 左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电 火花计时器的纸带相连。在重物牵引下， 小车在木板上向左运动。图 2 给出了电火花计时器 在纸带上打出的一些计数点，相邻计数点间还有4 个点没画出。 电火花计时器所用的交流点 频率为 50 Hz。 （1）实验中，除电火花计时器（含纸带、墨粉纸盒）、小车、带滑轮的长木板、导线、细 线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_（填选项代号）。 A电压为46 V 的 50 Hz 交流电 B电压为220 V 的 50 Hz 交流电 C刻度尺 D秒表 E天平 F钩码（重物） （2）下列说

10、法中正确的有_（填选项代号）。 A在释放小车前，小车要靠近打点计时器 B打点计时器应固定在长木板的有滑轮一端 C拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，释放小车，同时接通电源 D根据打点计时器打出的纸带，可以直接得到的物理量是时间和某段时间内的位移 （3）根据纸带可以计算各点的瞬时速度及小车的加速度，则第2 点的瞬时速度v2=_ _m/s，小车的加速度a=_m/s 2。（计算结果取三位有效数字） 图 1 图 2 （4）打点计时器原来使用的频率是50 Hz ，若在测定匀变速直线运动的加速度时，交流电 的频率变为60 Hz 而未被发现， 这样计算出的加速度比真实值_ （填“偏大” 、 “偏 小

11、”或“不变”）。 在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中， 打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图1 所示，在纸带上标记0、1、2、3、4、 5 计数点，相邻两计 数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为1 毫米的刻度尺， 其零点跟计 数点“ 0”对齐。 （1）本实验用的是图2 所示的电火花打点计时器，则需要用的是_V的_电源 （交流或直流）。 （2）在这个实验中，下列说法正确的是_。 A长木板一定要水平摆放，不能一端高一端低 B在纸带上选计数点时必须从打下的第一个点算起 C应先接通电源，再释放小车 D作vt图象时，所描出的线必须经过每一个点 （3）从

12、图中读出的计数点5 跟 0 点的距离是 _cm。 （4）小车通过计数点“ 2”的瞬时速度为v2=_m/s（保留二位有效数字）。 （5）根据 1、3、5 计数点粗测小车的加速度是a=_m/s 2。若当交流电的实际频率小于 50 Hz 时，分析时仍按50 Hz 计算，则测量的加速度值比真实的加速度值_（填“偏大” “偏小”“不变”）。 【参考答案】 0.20 0.50 （1） 207.0 （2） （1）由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离； （2）由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门的瞬时速度等于 这段时间内的平均速度，则滑块经过光电门1 时的瞬时速度的表达式：；滑块经

13、过 光电门2 时的瞬时速度的表达式：，根据运动学公式得滑块的加速度的表达式： 。 【点睛】 气垫导轨接通电源后可以认为是光滑的，滑块经过光电门时的速度近似等于滑块经 过光电门时的平均速度，可由求出，然后由匀变速运动的速度位移公式求出滑块的 加速度。 （1）不需要（2） （1）两光电门之间的高度差h（或球从光电门1 到光电门2 的时间t）（ 2） 或者 本方案为应用公式：，则还要测量两光电门之间的高度差h；则有： ，解得。 另解：应用公式：，则还要测量球从光电门1 到光电门2 的时间t；则有： ，解得。 （1） 0.860 （2）平均速度（3）偶然（4）光电门A 2.4 （1）宽度d的读数为：；

14、 （2）表示滑块在A至B段的平均速度； （3）每次实验重复几次测量后取平均值，是为了减小人为操作造成的误差，为偶然误差； （4）光电门A的位置保持不变，画出图线后，得出的纵坐标截距的物理含义为滑块经 过光电门A时的瞬时速度，加速度为。 （1）BCF （2）AD （3） 0.396 0.380 （4）偏小 （1）电火花打点计时器采用220 V、50 Hz 的交流电源，打点计时器可以记录时间，所以不 需要秒表， 该实验不需要测量质量，所以不需要天平，由于要测量纸带上点迹间的距离，所 以需要刻度尺，最后还需要钩码（重物）。故选BCF 。 （2）在释放小车前，小车要靠近打点计时器，保证充分利用纸带，故

15、A正确；将打点计时 器固定在长木板有滑轮的另一端，并接好电路，故B错误；实验时应先接通电源，后释放纸 带，故 C 错误；打点计时器打点的时间间隔是0.02 s ，故可以直接得出时间，位移可以用 刻度尺直接测出来，故D正确；故选AD 。 （3）计数点2 的瞬时速度。根据x=aT 2，运 用逐差法得，代入数据得， 。 （4）频率变高， 即打点时间间隔变短，而根据逐差法的公式可知，时间间隔T是在分母处， 故未发现时仍采用较大的时间间隔计算，结果会比真实值偏小。 时，应先接通电源，等打点稳定后再释放小车，故C正确； D作vt图象时，应使直线通 过尽可能多的点，不能在直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，

16、故D错误。故选C。 （3）毫米刻度尺的最小位数是毫米，要估读一位，则：d5=12.00 cm ，点 5 跟 0 点的距离是 12.00 cm 。 （4）相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以相邻的计数点间的时间间隔为t=0.1 s ， 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，得：v2=（d3-d1）/2T= （ 0. 054- 0.012 ）/2 0.1 m/s=0.21m/s。 （5）从图中可以读出x13、x35间的距离，它们的时间间隔T=0.2 s ，根据匀变速直线运动的推 论公式x=a T 2 ，得：x35-x13= x=a T 2 ，整理： 。若当交流电的实际频 率小于 50 Hz 时，分析时仍按50 Hz 计算， 则时间T偏小， 则测量的加速度值比真实的加速 度值偏大。