2019年高考物理 考點一遍過 專題04 實驗：研究勻變速直線運動一、實驗中紙帶的處理方法1判定物體的運動性質(zhì)（1）若紙帶上各相鄰點間距相等，則物體做勻速運動。（2）若相鄰計數(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x，若x=aT2（恒量），則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（n1）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x=aT2，可得a=。但利用一個x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）如圖所示，若為偶數(shù)段，設(shè)為6段，則，然后取平均值，即 或由直接求得；（b）若為奇數(shù)段，則中間段往往不用，如5段，則不用第三段，則，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vt圖象，用vt圖象的斜率求物體運動的加速度。二、實驗的注意事項（1）平行：紙帶、細繩要和木板平行。（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，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。（4）減小誤差：小車的加速度宜適當大些，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(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。三、依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速運動的方法（1）x1、x2、x3xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離。（2）x是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：x1=x2x1，x2=x3x2。（3）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50 Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù)）。（4）x=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x必然是個恒量。這表明：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。（xx高三理綜物理最新信息卷）實驗小組采用如圖甲所示實驗裝置測量木塊與木板間動摩擦因數(shù)，提供的器材有：帶定滑輪的長木板，有凹槽的木塊，質(zhì)量為20 g的鉤碼若干，打點計時器，電源，紙帶，細線等。實驗中將部分鉤碼懸掛在細線下，剩余的鉤碼放在木塊的凹槽中，保持長木板水平，利用打出的紙帶測量木塊的加速度。(1)正確進行實驗操作，得到一條紙帶，從某個清晰的打點開始，依次標注0、1、2、3、4、5、6，分別測出位置0到位置3、位置6間的距離，如圖乙所示。已知打點周期T=0.02 s，則木塊的加速度a=_。(2)將木塊凹槽中的鉤碼逐個添加到細線下端，改變懸掛鉤碼的總質(zhì)量m，測得相應的加速度a，作出am圖象如圖丙所示。已知當?shù)刂亓铀俣?，則木塊與木板間動摩擦因數(shù)=_。(保留兩位有效數(shù)字)(3)實驗中_(選填“需要”或“不需要”)滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠小于木塊和槽中鉤碼總質(zhì)量?！緟⒖即鸢浮浚?）3.33 （2）0.34 （3）不需要(3)實驗中沒有采用細線拉力等于重力，所以不需要滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠小于木塊和槽中鉤碼總質(zhì)量。1利用打點計時器研究勻變速運動的實驗中，接通電源與釋放紙帶（或物體），這兩個操作時刻的關(guān)系應當是A先接通電源，后釋放紙帶B先釋放紙帶，后接通電源C釋放紙帶的同時接通電源D先接通電源或先釋放紙帶都可以【答案】A【解析】因為整個實驗過程非常短暫，如果先釋放紙帶后接通電源，則在紙帶上打出的點跡非常少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差；同時先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點，故A正確。如圖是某同學在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶。（1）已知打點計時器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為_s。 （2）A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點間距x=_cm；C點對應的速度是_m/s?！緟⒖即鸢浮浚?）0.02 （2）0.70 0.10【名師點睛】要提高應用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應用。1（xx山東實驗中學）某實驗小組計劃做“探究滑塊與木板間動摩擦因數(shù)”實驗，設(shè)計的實驗裝置如圖1所示(1)某同學打出了所示的一條紙帶，每兩點間還有4個點沒有畫出來，紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器的電源頻率為50 Hz，該滑塊做勻變速直線運動的加速度a=_ms2，(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出的小車加速度a與傳感器示數(shù)F的關(guān)系圖像如圖3所示，則滑塊和滑輪的總質(zhì)量為_kg?；瑝K與木板間的動摩擦因數(shù)為_(g=10 ms2)(結(jié)果均保留1位有效數(shù)字)【答案】（1）1.95 （2）0.5 0.21（1）關(guān)于打點計時器的使用，下列說法中正確的是A電磁打點計時器使用的是46 V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50 Hz，如圖所示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個計時點未標出，設(shè)A點為計時起點BE間的平均速度= m/s。C點的瞬時速度vC= m/s。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50 Hz，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=1.40 cm，d2=3.29 cm，d3=5.69 cm，d4=8.59 cm，d5=12.00 cm，d6=15.90 cm。（1）如果該紙帶A端與小車相連，則小車的運動方向為 （選填“AB”或“BA”），且小車做 （填“勻加速”“勻減速”或“變加速”）直線運動。（2）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)值均保留兩位有效數(shù)字）（3）如果當時電網(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（xx廣東佛山順德區(qū)）某同學利用自由落體運動來研究勻變速直線運動的規(guī)律，設(shè)計了如圖所示的裝置。實驗中將打點計時器固定在豎直方向上，質(zhì)量為m1的物體A與質(zhì)量為m2的物體B（m1<m2)通過輕繩懸掛在定滑輪上，物體A通過鐵夾與紙帶相連接。開始時物體A與物體B均處于靜止狀態(tài)，之后將它們同時釋放。圖所示為實驗中打點計時器打出的一條點跡清晰的紙帶，O是打點計時器打下的第一個點，A、B、C、D.是按打點先后順序依次選取的計數(shù)點，在相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出。打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz。（1）將各計數(shù)點至O點的距離依次記為s1、s2、s3、s4.實際測得s2=1.60 cm，s4=6.40 cm，請計算打點計時器打下C點時物體A的速度大小是_m/s；（2）乙同學們根據(jù)測出的物體A上升高度s與相應的時間，描繪t出如圖所示的st2圖線，由此可以求出物體的加速度大小為_m/s2；4（xx北京卷）用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。主要實驗步驟如下：a安裝好實驗器材。接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復幾次。b選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O（t=0），然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F所示。c通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5d以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示。結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：（1）在下列儀器和器材中，還需要使用的有_和_(填選項前的字母)。A電壓合適的50 Hz交流電源B電壓可調(diào)的直流電源C刻度尺D秒表E天平(含砝碼)（2）在圖3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的坐標點，請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點，并畫出v-t圖像。（3）觀察v-t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是_。v-t圖像斜率的物理意義是_。（4）描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對t的要求是_（選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的x大小與速度測量的誤差_(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。（5）早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的。當時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復做了上百次，驗證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的_。5（xx新課標全國卷）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(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。（2）該小組同學根據(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)果均保留2位有效數(shù)字）6（xx新課標全國卷）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(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：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；當滑塊上的擋光片經(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；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；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中的位置相同，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(shù)據(jù)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(guān)系式為= 。（2）由圖（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）7（xx天津卷）某同學利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動。（1）實驗中必要的措施是_。A細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)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D平衡小車與長木板間的摩擦力（2）他實驗時將打點計時器接到頻率為50 HZ的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出）。s1=3.59 cm，s2=4.41 cm，s3=5.19 cm，s4=5.97 cm，s5=6.78 cm，s6=7.64 cm。則小車的加速度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。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）8（xx海南卷）某同學利用圖（a）所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖（b）所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學認為物塊的運動為勻加速運動?；卮鹣铝袉栴}：（1）在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為_m/s。在打出D點時，物塊的速度大小為_m/s；（保留兩位有效數(shù)字）（2）物塊的加速度大小為_m/s2。（保留兩位有效數(shù)字）1（1）C （2）3.27 m/s 2.64 m/s 12.6 m/s2C點的瞬時速度等于BD段時間內(nèi)的平均速度即；小車的加速度：。2（1）BA 勻加速 （2）0.37 0.50（0.490.51均可） （3）不變【解析】（1）如果該紙帶A端與小車相連，則小車的運動方向為BA，因d=0.5 cm，故小車做勻加速直線運動。（2）小車運動的瞬時速度為小車的加速度大小為。（3）如果當時電網(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。4（1）A C （2）如圖所示： （3）小車的速度隨時間均勻變化 加速度 （4）越小越好 有關(guān) （5）如果小球的初速度為0，其速度，那么它通過的位移xt2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。【解析】（1）打點計時器需用交流電源；為了計算速度需要利用刻度尺測量長度。故需要的儀器選AC（2）利用所給點跡描點連線，得圖像其中C點的橫坐標為3T，縱坐標為（3）結(jié)合圖像可以看出小球速度隨時間均勻變化，所以小球做勻加速運動，圖像的斜率代表了運動時的加速度（4）越小，則越接近計數(shù)點的瞬時速度，所以越小越好，計算速度需要用到的測量值，所以大小與速度測量的誤差有關(guān)。（5）如果小球的初速度為0，其速度，那么它通過的位移xt2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。（要檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的，可以檢驗小球運動位移與時間的平方成正比，利用滴水可以得到小球的運動時間，并測出小球在相應時間內(nèi)的位移，則可以驗證。）5（1）從右向左 （2）0.19 0.037【解析】（1）小車在阻力的作用下，做減速運動，由圖（b）知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動；（2）已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為：，所以A點位置的速度為：，根據(jù)逐差法可求加速度：，解得a=0.037 m/s2。6（1） （2）52.1 16.6（15.816.8）【解析】（1）設(shè)擋光片末端到達光電門的速度為v，則由速度時間關(guān)系可知：，且聯(lián)立解得：；（2）由圖（c）可求得vA=52.1 cm/s，即a=16.6 cm/s2。8（1）0.56 0.96 （2）2.0【解析】（1）根據(jù)勻變速直線運動的中間時刻的速度等于該過程的平均速度，可知vB=102 m/s=0.56 m/s，vB=102 m/s=0.96 m/s；（2）由逐差法可得加速度a=102 m/s2=2.0 m/s2。