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1、实验一 研究匀变速直线运动跟踪演练强化提升【基础题组】1.(2016天津高考)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中,必要的措施是。A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。则小车的加速度a=m/s2(要求充分利用测量数据),打点计时器在打B点时小车的速
2、度vB=m/s。(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)实验时,若细线与木板不平行,细线的拉力使小车运动过程中与木板间的压力改变造成摩擦力变化,产生实验误差,选项A正确;实验时要先接通电源再释放小车,选项B正确;此实验是研究小车的匀变速直线运动,不平衡小车与长木板间的摩擦力和小车的质量不远大于钩码的质量时小车仍做匀变速直线运动,故选项C、D错误。(2)两点间的时间间隔T=0.1s;由逐差法可得:a= m/s2=0.80 m/s2在匀变速直线运动中,某段时间的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度,故vB=m/s=0.40 m/s答案:(1)A、B(2)0.800.402.(2017黄冈模拟)如图甲所
3、示,一打点计时器固定在斜面上端,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上匀加速直线滑下。由于实验者不小心将纸带弄成了三段,并把中间一段丢失了,图乙是打出的完整纸带中剩下的两段,这两段纸带是小车运动的最初和最后两段时间分别打出的纸带,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,即图乙中每两个相邻计时点的时间间隔为0.02s,请根据图乙给出的数据回答下列问题:导学号42722021(1)纸带的(选填“右端”或“左端”)与小车相连。(2)根据匀变速直线运动的规律可求得:小车通过A点的瞬时速度vA=m/s,纸带上DE之间的距离xDE=cm,小车的加速度a=m/s2。(结果保留三位有效数字)(3)丢失的中间
4、一段纸带上应该有个计时点。【解析】(1)由题意可知,小车做加速运动,计数点之间的距离越来越大,故小车与纸带的左端相连。(2)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A点时小车的瞬时速度大小为vA=m/s=1.36m/s,根据匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数,即x=aT2,则有xEF-xDE=xFG-xEF,即8.85cm-xDE=9.47cm-8.85cm,xDE=8.23cm;由题意可知,x=0.62cm为常数,根据x=aT2可得a=m/s2=3.88m/s2。(3)匀变速直线运动连续相等时间内的位移之差x2-x1=aT2=0.62cm,又有x
5、m-xn=(m-n)aT2=8.23cm-6.37cm=1.86cm,由以上两式可知3x=1.86cm,所以丢失的中间一段纸带上应该有3个计时点。答案:(1)左端(2)1.368.233.88(3)33.(2017西安模拟)在用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中,如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,而相邻计数点间还有四个点未画出。(1)根据可以判定小车做匀加速运动。(2)根据运动学有关公式可求得vB=m/s,vC=m/s,vD=m/s。(3)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的v-t图线(以打A点时开始计时),并根据图线求出小车运动的加速度a
6、=m/s2。(4)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标是m/s,则此速度的物理意义是 。【解析】(1)由纸带上的点可以看出:xAB=7.5cm,xBC=20.1cm, xCD=32.7cm,xDE=45.3cm,根据相邻相等时间间隔内的位移差相等,即:xDE-xCD=xCD-xBC=xBC-xAB=12.6cm,所以小车做匀加速直线运动。(2)由于相邻计数点间还有四个点未画出,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,则vB=m/s=1.38m/s,vC=m/s=2.64m/s,vD=m/s=3.90m/s。(3)作图时注意,尽量使描绘的点
7、落在直线上,若不能落在直线上,尽量让其分布在直线两侧。利用求得的数值作出小车的v-t图线(以打A点时开始计时),并根据图线斜率求出小车运动的加速度a=12.6m/s2。(4)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标是零时刻的速度,为0.12m/s,此速度的物理意义是:打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度。答案:(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等(2)1.382.643.90(3)图见解析12.6(4)0.12打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度【能力题组】4.如图所示中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的计时仪器。光电计时器像打点计时器一样,也是一种研究物体运动情况的计时仪器,其结构如
8、图丙所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时,光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,做了一个U形遮光板如图丁所示,两个遮光片宽度均为L=5mm,将此U形遮光板装在小车上,让小车做匀变速直线运动通过静止的光电计时器,实验时测得两次遮光时间分别为t1=0.10s,t2=0.05s,从第一个遮光片遮光到第二个遮光片遮光经过的时间t=1s,则:(1)图乙是(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器,电源采用的是(选填“交流46V”或“交流220V”)。(2)第一个遮光片通过光电门的速度大小为m/s,第二个遮光片通过
9、光电门的速度大小为m/s。(3)小车做加速直线运动的加速度大小为m/s2。【解析】(1)图乙是电火花打点计时器,电源采用的是交流220V。(2)第一个遮光片通过光电门的平均速度大小为v1=0.05m/s;第二个遮光片通过光电门的平均速度大小为v2=0.10m/s。(3)根据加速度定义式可得滑块的加速度a=0.05m/s2。答案:(1)电火花交流220V(2)0.050.10(3)0.055.某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。(1)请完成以下主要实验步骤:按图a安装实验器材并连接电源;竖直提起系有重物的纸带,使重物(选填“靠近”或“远离”)计时器下端;,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带
10、;换新纸带重复实验。(2)图b和c是实验获得的两条纸带,应选取(选填“b”或“c”)来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和。【解析】(1)为了有效利用纸带,应使重物靠近打点计时器;使用打点计时器做实验时,均应先接通电源,后释放纸带。(2)纸带上的点间隔应逐渐变大,故应选b来计算重力加速度。计算结果小于当地的重力加速度,除了空气阻力的原因,还有纸带与计时器限位孔之间的摩擦作用。答案:(1)靠近打开电源释放纸带(2)b摩擦阻力6.某校研究性学习小组的同学用图甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度。实验过程如下:在斜面上铺上白
11、纸,用图钉固定;把滴水计时器固定在小车的末端,在小车上固定一平衡物;调节滴水计时器的滴水速度,使其每0.2s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);在斜面顶端放置一浅盘,把小车放在斜面顶端,把调好的滴水计时器盛满水,使水滴能滴入浅盘内;然后撤去浅盘并同时放开小车,于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹;小车到达斜面底端时立即将小车移开。图乙为实验得到的一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01=1.40cm,x12=2.15cm,x23=2.91cm,x34=3.65cm,x45=4.41cm,x56=5.15cm。试问:导学号42722022(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的原理类似。
12、(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4=m/s,小车的加速度a=m/s2。(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)滴水计时器是每隔相同的时间滴一滴水滴,在白纸上留下点迹,记录时间和位移;课本上介绍的打点计时器是每隔相同的时间打下一个点,在纸带上留下点迹,记录时间和位移,因此滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器的原理类似。(2)可把小车的运动看作是匀变速直线运动,则:v4=m/s=0.20m/s;求加速度利用逐差法:(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)=9aT2,即(5.15+4.41+3.65)10-2m-(2.91+2.15+1.40)10-2m=9a
13、(0.2s)2,解得a=0.19m/s2。答案:(1)打点计时器(2)0.200.197. 某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图,已知频闪仪每隔0.05s闪光一次,图中所标数据为实际距离。(当地重力加速度g取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字)(1)由频闪照片上的数据计算t4时刻小球的速度v4=m/s。(2)小球上升的加速度大小约为a=m/s2。(3)对(2)的数据进行分析,可得到的结论是_。【解析】(1)做匀变速直线运动的物体,某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故t4时刻的瞬时速度等于t3t5时间段的平均速度,即v4=m/s=3.98m/s。(2)由h=aT2得,小球的加速度大小为a=10-2m/s2=10.0m/s2。(3)小球的加速度大于重力加速度,是由于小球上升过程中受到空气阻力的作用造成的。答案:(1)3.98(2)10.0(3)上升过程中受到空气阻力的作用
