2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過 專題04 實(shí)驗(yàn):研究勻變速直線運(yùn)動.doc
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2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過 專題04 實(shí)驗(yàn):研究勻變速直線運(yùn)動一、實(shí)驗(yàn)中紙帶的處理方法1判定物體的運(yùn)動性質(zhì)(1)若紙帶上各相鄰點(diǎn)間距相等,則物體做勻速運(yùn)動。(2)若相鄰計數(shù)點(diǎn)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(yùn)動。2某點(diǎn)瞬時速度的計算根據(jù)在勻變速直線運(yùn)動中,某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中點(diǎn)時刻的瞬時速度:vn=,即n點(diǎn)的瞬時速度等于(n1)點(diǎn)和(n+1)點(diǎn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)時紙帶的瞬時速度(一般要5點(diǎn)以上),然后作出vt圖象,用vt圖象的斜率求物體運(yùn)動的加速度。二、實(shí)驗(yàn)的注意事項(1)平行:紙帶、細(xì)繩要和木板平行。(2)兩先兩后:實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源,后讓小車運(yùn)動;實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源,后取紙帶。(3)防止碰撞:在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)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(dāng)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)動的方法(1)x1、x2、x3xn是相鄰兩計數(shù)點(diǎn)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(diǎn)間的時間間隔:T=0.02n(打點(diǎn)計時器的頻率為50 Hz,n為兩計數(shù)點(diǎn)間計時點(diǎn)的間隔數(shù))。(4)x=aT2,因?yàn)門是恒量,做勻變速直線運(yùn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計時器,電源,紙帶,細(xì)線等。實(shí)驗(yàn)中將部分鉤碼懸掛在細(xì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,得到一條紙帶,從某個清晰的打點(diǎn)開始,依次標(biāo)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(diǎn)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(xì)線下端,改變懸掛鉤碼的總質(zhì)量m,測得相應(yīng)的加速度a,作出am圖象如圖丙所示。已知當(dāng)?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(shí)驗(yàn)中_(選填“需要”或“不需要”)滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)中沒有采用細(xì)線拉力等于重力,所以不需要滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和槽中鉤碼總質(zhì)量。1利用打點(diǎn)計時器研究勻變速運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)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(yīng)當(dāng)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?yàn)檎麄€實(shí)驗(yàn)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(diǎn)跡非常少,不利于數(shù)據(jù)的采集和處理,會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差;同時先打點(diǎn)再釋放紙帶,可以使打點(diǎn)穩(wěn)定,提高紙帶利用率,可以使紙帶上打滿點(diǎn),故A正確。如圖是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶。(1)已知打點(diǎn)計時器電源頻率為50 Hz,則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時間間隔為_s。 (2)A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點(diǎn),每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x=_cm;C點(diǎn)對應(yīng)的速度是_m/s?!緟⒖即鸢浮浚?)0.02 (2)0.70 0.10【名師點(diǎn)睛】要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問題的能力,在平時練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用。1(xx山東實(shí)驗(yàn)中學(xué))某實(shí)驗(yàn)小組計劃做“探究滑塊與木板間動摩擦因數(shù)”實(shí)驗(yàn),設(shè)計的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示(1)某同學(xué)打出了所示的一條紙帶,每兩點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有畫出來,紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間的距離,打點(diǎn)計時器的電源頻率為50 Hz,該滑塊做勻變速直線運(yùn)動的加速度a=_ms2,(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計時器的使用,下列說法中正確的是A電磁打點(diǎn)計時器使用的是46 V的直流電源B在使用打點(diǎn)計時器時,先讓物體運(yùn)動,后接通打點(diǎn)計時器的電源C使用的電源頻率越高,打點(diǎn)的時間間隔就越小D紙帶上打的點(diǎn)越密,說明物體運(yùn)動得越快(2)在研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中電源頻率為50 Hz,如圖所示為一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的記數(shù)點(diǎn),相鄰記數(shù)點(diǎn)間有4個計時點(diǎn)未標(biāo)出,設(shè)A點(diǎn)為計時起點(diǎn)BE間的平均速度= m/s。C點(diǎn)的瞬時速度vC= m/s。小車的加速度a= m/s2。2利用打點(diǎn)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(shí)驗(yàn)中,從A點(diǎn)開始,每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)的紙帶,其中A、B、C、D、E、F、G都為計數(shù)點(diǎn)。測得各計數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)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(yùn)動方向?yàn)?(選填“AB”或“BA”),且小車做 (填“勻加速”“勻減速”或“變加速”)直線運(yùn)動。(2)在打計數(shù)點(diǎn)F時,小車運(yùn)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(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓略偏小,但仍然穩(wěn)定。而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測量值與實(shí)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(xué)利用自由落體運(yùn)動來研究勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律,設(shè)計了如圖所示的裝置。實(shí)驗(yàn)中將打點(diǎn)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(m1m2)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?fàn)顟B(tài),之后將它們同時釋放。圖所示為實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計時器打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,O是打點(diǎn)計時器打下的第一個點(diǎn),A、B、C、D.是按打點(diǎn)先后順序依次選取的計數(shù)點(diǎn),在相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)沒有畫出。打點(diǎn)計時器使用的交流電頻率為50 Hz。(1)將各計數(shù)點(diǎn)至O點(diǎn)的距離依次記為s1、s2、s3、s4.實(shí)際測得s2=1.60 cm,s4=6.40 cm,請計算打點(diǎn)計時器打下C點(diǎn)時物體A的速度大小是_m/s;(2)乙同學(xué)們根據(jù)測出的物體A上升高度s與相應(yīng)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(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:a安裝好實(shí)驗(yàn)器材。接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動,重復(fù)幾次。b選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,找一個合適的點(diǎn)當(dāng)作計時起點(diǎn)O(t=0),然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點(diǎn),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(diǎn)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(biāo)系,在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),如圖3所示。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)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(biāo)出計數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點(diǎn)C對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),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(yùn)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(yùn)動。用平均速度表示各計數(shù)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jì)末,伽利略就猜想落體運(yùn)動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計時,為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”,反復(fù)做了上百次,驗(yàn)證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動的知識,分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時間均勻變化的_。5(xx新課標(biāo)全國卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動,用自制“滴水計時器”計量時間。實(shí)驗(yàn)前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實(shí)驗(yàn)時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運(yùn)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(yùn)動的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動。小車運(yùn)動到圖(b)中A點(diǎn)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(biāo)全國卷)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)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(yùn)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(fù)步驟;多次重復(fù)步驟;利用實(shí)驗(yàn)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(dá)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(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動。(1)實(shí)驗(yàn)中必要的措施是_。A細(xì)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(yuǎn)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(shí)驗(yàn)時將打點(diǎn)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(diǎn)如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn),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(diǎn)計時器在打B點(diǎn)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(xué)利用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上,細(xì)繩的一端與物塊相連,另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點(diǎn)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(diǎn)計時器連接在物塊上。啟動打點(diǎn)計時器,釋放物塊,物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動。打點(diǎn)計時器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個點(diǎn)未畫出)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動為勻加速運(yùn)動。回答下列問題:(1)在打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時,物塊的速度大小為_m/s。在打出D點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)動方向?yàn)锽A,因d=0.5 cm,故小車做勻加速直線運(yùn)動。(2)小車運(yùn)動的瞬時速度為小車的加速度大小為。(3)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓略變小,打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)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(shí)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(yàn)小球的速度是否隨時間均勻變化?!窘馕觥浚?)打點(diǎn)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(diǎn)跡描點(diǎn)連線,得圖像其中C點(diǎn)的橫坐標(biāo)為3T,縱坐標(biāo)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(yùn)動,圖像的斜率代表了運(yùn)動時的加速度(4)越小,則越接近計數(shù)點(diǎn)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(yàn)小球的速度是否隨時間均勻變化。(要檢驗(yàn)小球的速度是隨時間均勻變化的,可以檢驗(yàn)小球運(yùn)動位移與時間的平方成正比,利用滴水可以得到小球的運(yùn)動時間,并測出小球在相應(yīng)時間內(nèi)的位移,則可以驗(yàn)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(dá)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(yùn)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。- 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