第4讲 实验一:研究匀变速直线运动时间:30分钟 分值:40分非选择题(共40分)1.(2022浙江温州十校月考,17)(8分)在用电火花打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中,小车在恒定外力作用下运动,如图甲所示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,相邻计数点间还有四个点未画出。所用电源的频率为50Hz。甲 乙(1)由纸带根据运动学有关公式可求得vB=1.38m/s,vC= m/s,vD=3.90m/s。 (2)利用纸带上的数据求出小车运动的加速度a= m/s2。 (3)若实验中以打A点时开始计时,利用所得的数据作出小车的v-t图线,将图线延长与纵轴相交,此交点纵坐标的物理意义是 。 2.(2022浙江湖州期末,14)(12分)某同学用如图甲所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验。(1)实验中,除电火花打点计时器、小车、平板、可调高度的支架、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有 (填选项代号)。 A.50Hz交流电源B.直流电源C.刻度尺D.停表E.天平F.重锤(2)该同学在操作中的部分实验步骤如下:A.用天平测出小车的质量B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车,让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动C.调整支架的高度改变斜面倾角,平衡小车的摩擦力D.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连E.测量完毕,关闭电源,取出纸带,重复几次F.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔G.选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,依次确定测量点(相邻两测量点之间还有4个计时点未画出),如乙图中0、1、2…5点所示。选择其中合理的步骤并按正确顺序排列 (用字母填写)。 (3)将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻线与纸带上的0测量点对齐,0、1、2、5测量点所在位置如图乙所示,则测量点5到0点距离x5= cm。 4\n(4)测量点1对应的瞬时速度大小为v1= m/s。 3.(2022浙江衢州月考,13)(8分)在“研究匀变速直线运动”的实验中,甲同学设计了图a实验装置,乙同学认为该实验必须平衡摩擦力,将a实验装置中的长木板由水平放置改为倾斜放置,如图b所示。甲、乙两同学分别利用a、b装置进行实验,经正确操作获得两条纸带①和②。(1)试判断纸带②是由装置a、还是装置b实验得到的? (填“a”或“b”)。你认为乙同学在实验中是否必须平衡摩擦力? (填“是”或“否”)。 (2)每隔四个打点取一个计数点,记录各计数点与O计数点的距离,求出各计数点的瞬时速度v,并取计数点O为零时刻,得到如下图所示的v-t图像,其中作图合理的是 。 (3)试判断(2)问中的v-t图像是由纸带①、还是纸带②的数据描绘的? (填“①”或“②”)。 4.(2022浙江嘉兴二模,22)(12分)如图甲所示,某同学利用气垫导轨和平板形挡光片测量滑块下滑至A的瞬时速度。他先调整气垫导轨的倾斜角度,确定固定点P和A的位置,使P、A的距离约为45.0cm。实验操作如下:甲①将一个光电门固定于A点,将第二个光电门置于A点下方相距x的B点,滑块自P点由静止开始下滑,测量经过两光电门之间的时间t。②改变x,重复实验步骤①。根据实验数据,作出如图乙所示的-t图。4\n乙③将第二个光电门置于A点上方相距x处,重复①和②项相应实验操作,测量数据见下表。x/cm40.035.030.025.020.015.0t/s1.8741.5401.2460.9950.7680.556/cm·s-121.322.724.125.126.027.0 请根据上述实验步骤完成下列问题:(1)根据该同学所画的-t图线求出此过程中滑块的加速度为 m/s2。 (2)根据③中给出的数据,在图乙中作出该情况下的-t图线。(3)由所画的图线可得出滑块自P点由静止下滑到A点处的瞬时速度为 m/s。 (4)从理论上分析两图线的交点一定 (填“在”或“不在”)在纵轴上。 (5)本实验的误差主要来源是 。(至少说明一个因素) 非选择题1.答案 (1)2.64 (2)12.6 (3)见解析解析 (1)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,利用匀变速直线运动推论可知平均速度等于中间时刻的瞬时速度:vC==m/s=2.64m/s。(2)a==12.6m/s2。(3)如图所示,图线与纵轴交点的纵坐标的物理意义是开始计时时小车的速度(或vA)。2.答案 (1)AC (2)FDBEG (3)13.20 (4)0.15解析 (1)电火花打点计时器要使用“220V 504\nHz”的交流电,测量距离要用刻度尺,故选A、C;(2)实验不需要测质量,不需要平衡摩擦力,A、C两步不要,由原理可得步骤顺序为FDBEG;(3)由图乙刻度尺示数可知x5=13.20cm;(4)0、2两点之间的距离为x2=2.97cm,时间间隔t=0.2s,测量点1对应的瞬时速度为0、2两点间的平均速度v1==m/s=0.15m/s。3.答案 (1)a 否 (2)A (3)①解析 (1)纸带②加速度小,则未平衡摩擦力,用装置a得到;本实验是通过纸带数据验证Δx=aT2,而加速度可由纸带获得,与是否平衡摩擦力无关;(2)本题v-t图像应为一条倾斜直线,作图时应使尽可能多的点在直线上,图A正确;(3)由纸带①数据可得vD==0.4m/s,由纸带②数据可得vD'=0.28m/s,因此图像由纸带①数据描绘。4.答案 (1)0.096(±0.02) (2)如图所示 (3)0.294(±0.001) (4)在 (5)见解析解析 (1)对AB段应用匀变速直线运动的位移公式可得x=vAt+at2,等式两边同除以t可得,=vA+at,对比-t图线可得图线的纵截距为滑块下滑到A点处的速度,图线的斜率为加速度的一半,求得加速度为0.096m/s2。(2)若将第二个光电门置于A点的上方相距x处,则x=vAt-at2,等式两边同除以t可得,=vA-at,该函数的图像与函数=vA+at正好上下对称,对比-t图线可得图线的纵截距为滑块下滑到A点处的速度,图线的斜率的绝对值为加速度的一半。(3)由上述分析可知滑块下滑到A点处的瞬时速度为0.294m/s。(4)从理论上分析两图线的交点一定在纵轴上,纵坐标值都表示滑块下滑到A点处的瞬时速度。(5)本实验的误差主要来源有:光电门位置的读数导致x值有误差,作图方式不尽相同导致的偶然误差等。4
