2021版高考物理一轮复习考点集训五第5节实验：研究匀变速直线运动含解析

2021版高考物理一轮复习考点集训五第5节实验：研究匀变速直线运动含解析

考点集训(五)　第5节　实验：研究匀变速直线运动1．图a是一种测量重力加速度的仪器结构图，条形重物(如图b)过挂孔挂在夹物装置上，释放后穿过光电门下落到接物斗里，光电门与数字毫秒计相连，可记录光电门被遮光的时间．重物中间有可以遮盖的窗口，如图b，测出挂孔下边距重物下端的距离为L1，窗口下边距重物下端的距离为L2，实验步骤如下：①关闭重物中间的窗口，释放重物，使其自由下落，记录光电门的遮光时间t1；②将重物从接物斗中取出，打开重物中间的窗口，重复①的步骤，记录光电门第一次被遮光的时间t2；③重复上述实验，多次记录t1和t2，测出g的值．完成下列填空：(1)重物在t1时间内的平均速度为________(用所测物理量的符号表示)，该速度________(填“大于”“小于”或“等于”)重物在t2时间内的平均速度．(2)重力加速度g的表达式为g＝________(用所测物理量的符号表示)．(3)写出本实验测量误差产生的一个原因：______________________________________．[解析](1)根据平均速度的定义，重物在t1时间内的平均速度v1＝t2时间内的平均速度v2＝根据匀变速直线运动的推论，平均速度等于中间时刻的瞬时速度v＝v1＝v＝v2＝因为>，条形重物做自由落体运动，v>v，所以重物在t1时间内的平均速度大于重物在t2时间内的平均速度；(2)根据加速度定义，有：8 g＝＝＝；(3)本实验误差来源：长度L1和L2的测量存在偶然误差(或重物释放后未能沿直线下落，空气阻力对重物下落的影响等)[答案](1)　大于　(2)　(3)长度L1和L2的测量存在偶然误差(或重物释放后未能沿直线下落，空气阻力对重物下落的影响等)2．某校实验小组设计了如下实验来精确测定小车的瞬时速度．如图所示，在倾斜导轨的A处放置一光电门，并使其与计算机连接．让载有轻质挡光片(宽度为Δs)的小车从P点静止下滑，A处的光电门会记录下挡光片经过A点所经历的时间Δt，改用不同宽度的挡光片重复上述实验，(在原挡光片基础上贴上宽度不同的黑纸片)然后用公式＝计算出不同宽度的挡光片从A点开始在各自挡光时间Δt内的速度．该小组实验数据如表：次数挡光片挡光时间Δt(s)速度(m/s)10.0630.54220.0730.54530.0830.54840.0920.55150.1020.55460.1080.556在以上实验的基础上，请继续完成下列实验任务：(1)根据实验数据在－Δt图上作出该实验图线．8 (2)结合实验原理，推导出－Δt图线所满足的函数关系式为____________________________________．式中物理量的含义是________________________________．(3)根据－Δt图线所满足的函数式，求出挡光片最前端经过A点时的瞬时速度vA＝________m/s.(4)若使挡光片的前端与车头齐平，测量车头到达光电门时的瞬时速度，测量值跟实际值相比________．A．偏大　　　　B．偏小　　　　C．相等(5)为了提高实验精确度，实验操作中必须做到的是________．A．更换挡光片时应使其前沿始终处于小车上的同一位置B．每次都应从轨道上同一位置由静止释放小车C．实验开始前必须调整轨道倾角，平衡摩擦力D．更换的挡光片宽度不能过宽，宽度越窄，Δt越小，求出的vA越精确[解析](1)根据实验数据在－Δt图上作出该实验图线．(2)设每次挡光片开始挡光瞬间的速度为v1，挡光结束的瞬间速度为v2，因为v2＝v1＋aΔt，＝v1＋aΔt.(3)根据－Δt图线所满足的函数式，由图线的斜率、坐标推得Δt＝0时截距得挡光片最前端经过A点时的瞬时速度vA＝0.521m/s.(4)由于做匀变速直线运动的物体的平均速度等于该段时间内的中点时刻的速度，8 中点时刻的速度v＝＝，即用挡光片平均速度代替车头通过光电门的速度，而车头到达光电门的速度为v1，显然＞v1，故这种测法测量值与真实值相比偏大；故选A.(5)为了提高实验精确度，实验操作中必须做到的是更换挡光片时应使其前沿始终处于小车上的同一位置，每次都应从轨道上同一位置由静止释放小车．所以选A、B.[答案](1)见解析图　(2)＝v1＋aΔt　挡光片开始挡光瞬间的速度为v1，和小车加速度a　(3)0.521m/s　(4)A　(5)AB3．伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还实验验证了该猜想．某小组学生依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动．实验操作步骤如下：①让滑块从离挡板某一距离L处由静止沿某一倾角θ的斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；②当滑块碰到挡板的同时关闭水箱阀门(假设水流出时均匀稳定)；③记录下量筒收集的水量V；④改变滑块起始位置离挡板的距离，重复以上操作；⑤测得的数据见表格．次数123456L/m4.53.93.02.11.50.9V/mL9084625240(1)该实验利用量筒中收集的水量来表示________．(填序号)A．水箱中水的体积B．水从水箱中流出的速度C．滑块下滑的时间D．滑块下滑的位移(2)小组同学漏填了第3组数据，实验正常，你估计这组水量V＝________mL.(3)若保持倾角θ不变，增大滑块质量，则相同的L，水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”)；若保持滑块质量不变，增大倾角θ，则相同的L，水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”)．(4)下列说法中不属于该实验误差来源的是________．A．水从水箱中流出不够稳定B．滑块开始下滑和开始流水不同步C．选用的斜面不够光滑D．选用了内径较大的量筒[解析](1)关于初速度为零的匀变速直线运动，位移与时间的二次方成正比，8 由于水均匀稳定地流出，水的体积和时间成正比，所以量筒中收集的水量可以间接地测量时间，故选C；(2)该运动是匀变速直线运动，位移与时间的二次方成正比，即位移与体积的二次方成正比，即L＝kV2；作出L－V2图象求出k，再由L3＝kV，解得水量V3≈75mL；(3)若保持倾角θ不变，增大滑块质量，滑块的加速度不变，则相同的L，水量V将不变；若保持滑块质量不变，增大倾角θ，加速度将增大，则相同的L，时间减小，水量V将减小；(4)本实验的误差来源主要是水流的稳定性、水流和运动的同步性和量筒的读数误差等．斜面不光滑不影响该实验的进行，故不属于本实验误差的来源．故选C.[答案](1)C　(2)75　(3)不变　减小　(4)C4．某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动的小车的运动情况，如图所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出)，相邻计数点间有4个点迹末画出(打点计时器每隔0.02s打出一个点)．(1)为研究小车的运动，该同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF等各段纸带剪下，将剪下的纸带一端对齐，按顺序贴好，如图所示．简要说明怎样判断此小车是否做匀加速直线运动．________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)在图中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.31cm、x4＝8.94cm、x5＝9.57cm、x6＝10.20cm，则打下点迹A时，小车运动的速度大小是________m/s，小车运动的加速度大小是________m/s2.(计算结果均保留两位有效数字)[解析](1)若各段纸带上方的左上角、中点或各段纸带的中点连接后为一条直线，或每条纸带比前一条纸带长度增加量相同，则说明小车做匀加速直线运动．(2)vA＝＝m/s≈0.74m/s用逐差法计算小车运动的加速度a＝＝m/s2＝0.63m/s2.[答案](1)若各段纸带上方的左上角、中点或各段纸带的中点连接后为一条直线，或每条纸带比前一条纸带长度增加量相同，则说明小车做匀加速直线运动　(2)0.74　0.635．某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动．实验步骤如下：8 (1)安装好实验器材．(2)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．下图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻两计数点间都有四个点未画出(打点计时器每隔0.02s打出一个点)，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离如图所示．(单位：cm)(3)测量1、2、3、…6计数点到0计数点的距离，分别记做s1、s2、s3…s6记录在以下表格中，其中第2点的读数如图(米尺零刻度与0点对齐)，请填入下方表格中．序号123456s/cm6.1819.8627.3235.2243.54(4)通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做__________________．(5)分别计算出打计数点时的速度v1、v2、v3、v4、v5，并记录在以下表格中，请计算出v1的数值并填入下方的表格中．序号12345v/(m·s－1)0.680.730.770.81(6)以v为纵坐标、t为横坐标，请在图中描出各点，并画出v－t图线________．由图求得a＝________m/s2.(保留两位有效数字)[解析](3)刻度尺的读数需要估读一位，故读数为12.80cm.(4)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．(5)在匀变速运动中，中间时刻的瞬时速度等于中间时刻的瞬时速度：v1＝＝m/s＝0.64m/s.(6)如图所示8 在v－t图象中图线的斜率表示加速度：a＝＝m/s2＝0.42m/s2.[答案](3)12.80　(4)匀加速直线运动　(5)0.64　(6)见解析图　0.426．某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始在桌面上做匀加速直线运动，重物落地后，物块再做匀减速直线运动一段距离才停在桌面上(尚未到达滑轮处)．(1)部分实验步骤如下：A．测量完毕，关闭电源，取出纸带．B．接通电源，待打点计时器工作稳定后轻推物块．C．将物块停靠在打点计时器附近，物块尾部与纸带相连．D．把打点计时器固定在水平玻璃板的一端．E．让纸带穿过限位孔，并使纸带位于复写纸的上方．上述实验步骤的正确的先后顺序是：______________，所列步骤有一项存在错误，它是________(用字母填写)．(2)在打点清晰的纸带上选取了如图乙所示的一系列计数点，两相邻计数点间还有四个点未画出，所用交流电的频率是50Hz，则纸带上相邻两计数点间的时间间隔为________s；(3)由纸带算出打下计数点4时对应的速度大小v4＝________m/s(计算结果留三位小数)；(4)以计数点1为计时起点，利用描点法在图丙中画出物块的v－t图象如图所示，由图象：①算得重物落地前物块的加速度大小是______m/s2；②在图丙中标出重物刚落地时刻对应的点(保留作图痕迹)．8 [解析](1)该实验的正确操作为：D．把打点计时器固定在水平玻璃板的一端．C.将物块停靠在打点计时器附近，物块尾部与纸带相连．E．让纸带穿过限位孔，并使纸带位于复写纸的上方．B．接通电源，待打点计时器工作稳定后松开物块．A．测量完毕，关闭电源，取出纸带．故顺序为：DCEBA；轻推物块的时候，物块无法做匀加速直线运动，故B中的轻推是错误的，故错误的一项是B.(2)两相邻计数点间还有四个点未画出，则纸带上相邻两计数点间的时间间隔为t＝5t0，所用交流的的频率是50Hz，则t0＝0.02s，所以t＝0.1s.(3)根据时间中点瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可知：v4＝＝m/s＝0.801m/s(4)重物落地前物块做匀加速直线运动，根据v－t图象的斜率表示加速度，可得：a＝m/s2＝2m/s2.延长两图线，交点即为落地时刻对应的点．[答案](1)DCEBA　B　(2)0.1　(3)0.801　(4)①2　②详见解析8