精做01实验：研究匀变速直线运动1．（2022·新课标全国Ⅰ卷）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴）（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留两位有效数字）【答案】（1）从右向左（2）0.190.037【名师点睛】注意相邻水滴间的时间间隔的计算，46滴水有45个间隔；速度加速度的计算，注意单位、有效数字的要求。2．（2022·新课标全国Ⅱ卷）某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。13\n实验步骤如下：①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出–∆t图，如图（c）所示。完成下列填空：（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和∆t的关系式为=_____________。（2）由图（c）可求得，vA=_____________cm/s，a=_____________cm/s2。（结果保留三位有效数字）【答案】（1）（2）52.116.6（15.8~16.8）【解析】（1）设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知：，且，联立解得：；（2）由图（c）可求得vA=52.1cm/s，，即a=16.6cm/s2。【名师点睛】此题主要考查学生对匀变速直线运动的基本规律的运用能力；解题时要搞清实验的原理，能通过运动公式找到图象的函数关系，结合图象的截距和斜率求解未知量。3．（2022·天津卷）某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。13\n（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（要求充分利用测量的数据），打点计时器在打B点时小车的速度vB=_______m/s。（结果均保留两位有效数字）【答案】（1）AB（2）0.800.40【名师点睛】本题是一道考查研究小车的匀变速直线运动的常规实验题。注意不要把此实验与验证牛顿第二定律的实验相混淆；在验证牛顿第二定律的实验中，要求小车的质量远大于钩码的质量和平衡小车与长木板间的摩擦力，但在此实验中是不必要的。4．（2022·海南卷）某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图（b）所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。13\n根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：（1）在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为_______m/s。在打出D点时，物块的速度大小为_______m/s；（保留两位有效数字）（2）物块的加速度大小为_______m/s2。（保留两位有效数字）【答案】（1）0.560.96（2）2.0【名师点睛】根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上小车的瞬时速度大小，然后用速度公式求加速度即可。5．用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系．（1）下列操作中正确的有_________。A．调节滑轮的高度，使拉小车的细线与长木板保持平行B．实验时，先放开小车后再接通打点计时器的电源C．增减小车上的砝码后不需要重新调节长木板的倾角D．小车撞击到滑轮后立即关闭电源图乙力传感器滑轮图甲（2）若砂和砂桶的质量为m，小车和砝码的质量为M，此实验_________（选填“需要”或“不需要”）满足M>>m的条件；（3）图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未标出。量出相邻的计数点之间的距离分别为：xAB=13\n3.20cm、xBC=3.63cm、xCD=4.06cm、xDE=4.47cm，xEF=4.89cm，xFG=5.33cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=_________m/s2。（结果保留两位有效数字）（4）某同学利用图示装置，将小车更换为木块，在长木板保持水平的情况下，测定木块与木板间的动摩擦因数μ。某次实验中砂和砂桶的质量为m，木块的质量为M，利用纸带测出的加速度为a，力传感器的读数为F，重力加速度为g。则μ=_________。（试用上述字母表示）【答案】（1）AC（2）不需要（3）0.42（4）【名师点睛】本题是探究加速度与力、质量的关系实验；第2问是用力传感器可以准确得到小车受到的合外力，而不需要用重物的重力来近似代替，是一个比课本参考方案更好的办法，题目价值很高。6．如图1所示的（图中长木板水平固定）是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成测定木块运动加速度Z–X–X–K]图1（1）图2中的实验照片中是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在。13\n 照片A（电键一侧连蓄电池）照片B 木块释放位置图2（2）如图3所示为从实验中得到的一条认为最能反映木块匀变速运动纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出，从纸带上测得x1=3.20cm、x2=4.52cm、x5=8.42cm、x6=9.70cm，则木块的加速度大小a=___________。（保留两位有效数字）图3（3）下列哪些措施能有助于减小实验的误差_________。A．选用输出电压稳定性更佳的稳恒电源B．选用输出电压变化周期更稳定的交流电源C．调节滑轮高度，使拉线与长木板平行D．实验中满足砝码盘和砝码的总质量为远小于木块的质量ME．实验前先平衡滑块与木板间的摩擦力【答案】（1）照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。 照片B：实验有不合理之处，木块起始点离打点计时器过远。（2）（3）BC【解析】（1）照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。 照片B：实验有不合理之处，木块起始点离打点计时器过远。（2）根据x5–x1=4a1T2；x6–x2=4a2T2；解得。（3）选用输出电压稳定性更佳的稳恒电源对实验无影响，选项A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交流电源可使打点周期稳定，减小误差，选项B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，选项C正确；测定木块的加速度不需要满足砝码盘和砝码的总质量为m远小于木块的质量M，也不需要实验前先平衡滑块与木板间的摩擦力，选项DE错误；故选BC。7．实验题。（1）关于电磁打点计时器和电火花计时器，下列说法正确的是_____________。A．电磁打点计时器用的是直流电源，而电火花计时器用的是交流电源B．它们每隔0.02s打一个点13\nC．它们的工作电压均为220V的交流电源D．使用它们计时时，必须先拉动纸带，再立即接通电源（2）如图1所示是电火花计时器的示意图，其工作时的基本步骤如下：A．当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时器B．接通开关，听到放电声，拖动纸带运动C．将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器D．将电火花计时器插头插入相应的电源插座上述步骤正确的顺序是_____________。（按顺序填写步骤编号）图1图2（3）打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下如图2甲所示。若工作电源的频率为50Hz，纸带上打点如图2乙所示，则打点计时器打A点时小车的速度vA=_____________m/s，若小车做匀变速直线运动，该运动过程的加速度a=_____________m/s2。（4）在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度，为了计算加速度，最合理的方法是_____________。A．根据任意两计数点的速度用公式算出加速度B．根据实验数据画出v–t图象，量取其倾角θ，由公式a=tanθ求出加速度C．根据实验数据画出v–t图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式算出加速度D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度【答案】（1）B（2）DCBA（3）0.555（4）C【解析】（1）电火花计时器是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压交流6V以下，当电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，故AC错误，B正确；使用它们计时时，必须先接通电源，再拉动纸带，故D错误。（2）实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行：先将电火花计时器插头插入相应的电源插座，再将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器，然后接通开关，听到放电声，13\n拖动纸带运动，最后当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时，上述步骤正确的顺序是DCBA。（3）小车做匀加速直线运动，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故vA=cm/s=55cm/s=0.55m/s；根据推论公式，有。（4）在处理实验数据时，如果只使用其中两个数据，由于偶然误差的存在可能会造成最后误差较大；所以我们可以根据实验数据画出v–t图象，考虑到误差，不可能是所有点都整齐的排成一条直线，连线时，应该尽量使那些不能画在线上的点均匀地分布在线的两侧，这样图线上会舍弃误差较大的点，由图线上任意两点所对应的速度及时间，用公式算出加速度，所以误差小，故A错误，C正确；若用一组数据则无法求得加速度a，故B错误；若依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，则实际应用的只是第一组和最后一组数据，同样存在较大的误差，故D错误。【名师点睛】对于基本仪器的使用和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它，自己动手去做做，以加强基本仪器的了解和使用；明确纸带处理中瞬时速度和加速度的求解方法，掌握电火花打点计时器与电磁打点计时器的区别与联系；还考查实验数据处理的方法，在实验中处理数据的方法较多，而图象法往往是一种比较准确的解题方法。8．科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与运动速度关系”的探究过程如下：A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设C．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入表中，如图（a）是对应的位移—时间图线。然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度—时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设回答下列提问：（1）与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是________、________；（2）图（a）中的AB段反映了运动物体在做________运动，表中x处的值为________；（3）图（b）中各条图线具有共同特点，“小纸杯”在下落的开始阶段做__________运动，最后“小纸杯”做________运动；13\n时间（s）下落距离（m）时间（s）下落距离（m）0.00.0001.20.9570.40.0361.61.4470.80.4692.0x【答案】（1）作出假设搜集证据（2）匀速直线1.937（3）加速度逐渐减小的加速匀速9．在研究匀变速直线运动中，某同学用一端装有定滑轮的长木板，小车、打点计时器（频率为50Hz）、钩码、纸带、细线组成如图甲所示的装置，用钩码拉动小车，使其做匀变速直线运动，得到如图乙所示的一条纸带，纸带中相邻两个计数点之间有四个点未画出）（1）某同学操作实验步骤如下，有错误或不需要的步骤是____（填写字母）。A．将打点计时器固定在平板上，并接好电路B．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C．适当抬高长木板的右端，使不挂钩码的情况下，轻推小车，小车能匀速运动13\nD．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码E．将小车移至靠近打点计时器处F．放开纸带，再接通电源（2）用毫米刻度尺测量得图乙中各计数点的距离为：AB=3.00cm、AC=l0.16cm、AD=21.48cm、AE=36.95cm，则：打D点时小车的速度大小为____m/s；小车的加速度为_______m/s2。（结果保留三位有效数字）【答案】（1）CDF（2）1.344.16【解析】（1）其中不需要的步骤是C，本实验在研究匀变速度直线运动，是否存在摩擦阻力，对实验没有影响，只要加速度恒定即可；错误的是D，实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，所以应该先接通电源，再释放纸带，F错误。【名师点睛】教科书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚，同时加强基础知识的应用，提高解题能力。要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．注意单位的换算。10．某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f=50Hz。在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点。因保存不当，纸带被污染，如图所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：xA=16.6mm、xB=126.5mm、xD=624.5mm，若无法再做实验，可由以上信息推知：（1）相邻两计数点的时间间隔为s；（2）打C点时物体的速度大小为m/s（取2位有效数字）；（3）物体的加速度大小为（用xA、xB、xD和f表示）。【答案】（1）0.1（2）2.5（3）13\n11．某同学用如图1所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：a．安装好实验器材。b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。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，每两个打点间隔取一个计数点，如图2中0、1、2···6点所示。c．测量1、2、3···6计数点到0计数点的距离，分别记作：s1、s2、s3···s6。d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。e．分别计算出s1、s2、s3···s6与对应时间的比值。f．以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，划出–t图线。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有和。（填选项代号）A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表13\nE．天平F．重锤（2）将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图3所示，则s2=cm，s5=cm。（3）该同学在图4中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在图4中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出–t图。（4）根据—t图线判断，在打0计数点时，小车的速度v0=m/s；它在斜面上运动的加速度a=m/s2【答案】（1）AC（2）2.98（2.97~2.99）13.20（13.19~13.21）（3）如图（见解析）（4）0.17（0.16~0.20）4.8（4.50~5.10）【解析】（1）实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下列的器材中，必须使用的有电压合适的50Hz交流电源给打点计时器供电，需要用刻度尺测量计数点之间的距离，然后进行数据处理，打点计时器记录了小车运动时间，不需要秒表，该实验中不需要测量质量，因此不需要天平，实验中有小车带动纸带运动，因此不需要重锤，故选AC。（2）刻度尺读数时需要进行估读，因此有：，由于需要估读，在范围内2.97～2.99cm内均正确，，由于需要估读，在范围13.19～13.21cm都正确。（3）2、5两个计数点对应的坐标点以及图象如图所示：13\n13
