全国版2021高考物理一轮复习专题一质点的直线运动考点3实验研究匀变速直线运动精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题一质点的直线运动考点3实验研究匀变速直线运动精练含解析

考点3 实验:研究匀变速直线运动 ‎1.[2019河南洛阳检测]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如表所示:‎ 计数点序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 计数点对 应的时刻(s)‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ 小车通过各计数点 时的速度(cm/s)‎ ‎44.0‎ ‎62.0‎ ‎81.0‎ ‎100.0‎ ‎110.0‎ ‎168.0‎ 为了计算加速度,合理的方法是(　　)‎ A.根据任意两计数点的速度利用公式a=ΔvΔt算出加速度 B.根据实验数据画出v-t图象,测量出其与t轴的夹角α,由a=tan α m/s2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,利用公式a=ΔvΔt算出加速度 D.依次算出小车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 ‎2.[2020四川成都入学检测,6分]小华同学在做“研究小车匀变速直线运动”实验的过程中,所使用的交流电源频率为50 Hz,取下做匀加速直线运动的小车带动的一段纸带进行研究,如图所示.O点为计数点的起点,相邻两计数点间还有四个计时点(图中未画出),请回答下面的问题.‎ ‎(1)他因粗心而忘记测量计数点1与起始点O间的距离,请根据所学知识推出s1的长度,s1=　　　　cm. ‎ ‎(2)当打计数点3时小车的瞬时速度v3=　　　　m/s,小车运动的加速度a=　　　　m/s2.(计算结果保留2位有效数字) ‎ ‎3.[2020广东六校联考,8分]在“研究匀变速直线运动”的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度的对照情况如图所示.(打点计时器所接电源的频率为50 Hz)‎ - 5 -‎ ‎ (1)由图可知,A、B两点的时间间隔是　　s,A点到D点的距离是　　cm,D点到G点的距离是　　cm. ‎ ‎(2)通过测量不难发现,(xBC-xAB)与(xCD-xBC)、(xDE-xCD)、…基本相等.这表明,在实验误差允许的范围之内,拖动纸带的小车做的是　　　　运动. ‎ ‎(3)经过合理的数据处理后,可以求得加速度大小a=　　m/s2.(保留3位有效数字) ‎ ‎(4)还可以求出,打B点时小车的瞬时速度大小vB=m/s.(保留3位有效数字)‎ ‎4.‎ ‎[2020河南鹤壁高级中学检测,6分]学生课外实验小组使用如图所示的实验装置测量重力加速度大小.实验时,他们先测量分液漏斗下端到水桶底部的距离s;然后使漏斗中的水一滴一滴地下落,调整阀门使水滴落到桶底发出声音的同时,下一滴水刚好从漏斗的下端滴落;用秒表测量第1个水滴从漏斗的下端滴落至第n个水滴落到桶底所用的时间t. ‎ ‎(1)重力加速度大小可表示为g=　　　　(用s、n、t表示); ‎ ‎(2)如果某次实验中,s=0.90 m, n=30,t=13.0 s, 则测得的重力加速度大小g=　　　m/s2; (保留2位有效数字) ‎ ‎(3)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:　　　　　　　　　　. ‎ ‎5. [2019安徽合肥高三调研检测,8分]某实验小组利用图甲所示的装置测定重力加速度.小钢球从固定挡板A位置开始自由下落,测出小钢球通过光电门B的时间为Δt,A、B间的距离为h(h远大于小钢球的直径d).‎ ‎(1)先用游标卡尺测量钢球的直径d,读数如图乙所示,钢球直径d=　　　　cm. ‎ ‎(2)小钢球通过光电门B时的速度vB=　　　　;测定重力加速度的表达式为g=　　　　.(用实验中测得的物理量符号表示) ‎ ‎(3)为了减小实验的系统误差,可以　　　　　　　　　　(写出减小实验系统误差的一种方法). ‎ ‎6.[创新题,5分]某同学用如图甲所示装置测量小物块做匀减速运动时的加速度,将曲面固定在水平桌面上,把光电门固定在桌面上的O点,当光电门有物体通过时,与之连接的数字计时器(图中未画出)能够显示挡光时间.‎ - 5 -‎ ‎(1)用螺旋测微器测量A板的宽度如图乙所示,其读数为　　　　mm;用20分度的游标卡尺测量B板的宽度如图丙所示,其读数为　　　　mm,若实验中没有现成的遮光条,应选用　　　　(选填“A”或“B”)板为遮光条更好. ‎ ‎(2)将带有遮光条的小物块由曲面的顶端无初速度释放,经过一段时间小物块停在桌面上的P点.为了完成本实验,除了测量遮光条的宽度d,还需要测量光电门到P点的距离s,读出遮光条通过光电门的时间t,得小物块从O到P做匀减速运动的加速度大小的表达式a=　　　　.(用测量的物理量d、t、s表示) ‎ 考点3　实验:研究匀变速直线运动 ‎1.C　方法A和D的偶然误差都较大,只有利用实验数据作出对应的v-t图象,才可以充分利用各次测量的数据,减小偶然误差.‎ - 5 -‎ 在物理图象中,两坐标轴的分度值往往是不相等的,根据同一组数据,可以画出许多与t轴成不同夹角的直线,可见方法B错误.正确的方法是根据图象找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式a=ΔvΔt算出加速度.故选C.‎ ‎2.(1)4.00(2分)　(2)0.65(2分)　1.0(2分)‎ 解析:(1)由题图可得出2、3两点间的距离为s3=6.00 cm,假设小车在连续相等的T=0.1 s内的位移之差是Δx,根据匀变速直线运动的推论——物体在连续相等的时间间隔内的位移之差相等,可知1、2间的距离s2=s3-Δx,O、1间的距离s1=s2-Δx=s3-2Δx,又s1+s2=9.00 cm,解得Δx=1.00 cm,所以s1=4.00 cm.(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,可知v3=x‎24‎‎2T,代入数据解得v3=0.65 m/s,根据匀变速直线运动的推论有Δx=aT2,可以求出加速度a=1.0 m/s2.‎ ‎【方法归纳】　处理纸带数据的方法:根据打点计时器使用的正弦交变电流的频率确定打点周期和相邻两个计数点之间的时间间隔T;根据匀变速直线运动的推论Δx=aT2可以求出加速度的大小,根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度得出打某点时的瞬时速度.‎ ‎3.(1)0.10(写0.1也给分)(1分)　4.17(4.15~4.19均可)(1分)　6.43(6.41~6.45均可)(1分)　(2)匀加速直线(匀变速直线也对)(1分)　(3)0.251(0.247~0.256均可)(2分)‎ ‎(4)0.125(0.123~0.127均可)(2分)‎ 解析:(1)电源频率为50 Hz,相邻两个计时点之间的时间间隔为0.02 s,因每5个点选一个计数点,故相邻计数点间的时间间隔为5×0.02 s=0.10 s;直接由毫米刻度尺可读出A、D间距为4.17 cm,A、G间距为10.60 cm,则D、G间距为10.60 cm-4.17 cm=6.43 cm.‎ ‎(2)在误差允许的范围内,连续相邻相等时间T=0.1 s内的位移差Δx相等,由Δx=aT2可得加速度a恒定,表示该运动是匀变速直线运动,计数点的间距越来越大,故是匀加速直线运动.‎ ‎(3)由逐差法可求得a=xDG‎-‎xAD‎(3T‎)‎‎2‎=‎(6.43-4.17)×1‎‎0‎‎-2‎‎(3×0.1‎‎)‎‎2‎ m/s2=0.251 m/s2.‎ ‎(4)B点是AC段的中间时刻,其瞬时速度等于AC段的平均速度,vB=xAC‎2T=‎2.50×1‎‎0‎‎-2‎‎2×0.1‎ m/s=0.125 m/s.‎ ‎4.(1)‎2n‎2‎st‎2‎(2分)　(2) 9.6(2分)　(3)适当增大n(或多次测量取平均值)(2分)‎ 解析:(1)根据题述,水滴下落时间T=tn,由自由落体运动规律有,s=‎1‎‎2‎gT2,解得g=‎2n‎2‎st‎2‎.‎ ‎(2)将s=0.90 m, n=30,t=13.0 s,代入g=‎2n‎2‎st‎2‎,得重力加速度大小g=9.6 m/s2.‎ ‎(3)“适当增大n”可以提高时间T测量的准确程度;“多次测量取平均值”可以提高测量结果的准确程度.‎ ‎5.(1)0.855(1分)　(2)dΔt(2分)　d‎2‎‎2h(Δt‎)‎‎2‎(2分)　(3)增大A、B间距离(换直径更小的球也可)(3分)‎ 解析:(1)钢球直径d=0.8 cm+0.05 mm×11=0.855 cm.(2)小钢球通过光电门B时的速度vB=‎dΔt - 5 -‎ ‎;根据vB‎2‎=2hg,解得重力加速度的表达式g=vB‎2‎‎2h=d‎2‎‎2h(Δt‎)‎‎2‎.(3)为了减小实验的系统误差,可以增大A、B间距离或换直径更小的球.‎ ‎【关键点拨】　(1)掌握游标卡尺读数的方法,主尺读数加上游标尺读数,不需估读.(2)利用小钢球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,再根据运动学公式得出重力加速度.‎ ‎6.(1)4.798 (4.796~4.799)(1分)　18.80(1分) 　A(1分)‎ ‎(2)d‎2‎‎2st‎2‎(2分) ‎ 解析:(1)螺旋测微器固定刻度读数为4.5 mm,可动刻度读数为0.01×29.8 mm=0.298 mm,所以最终读数为4.5 mm+0.298 mm=4.798 mm;游标卡尺的主尺读数为18 mm,游标尺读数为0.05×16 mm=0.80 mm,所以最终读数为18 mm+0.80 mm=18.80 mm;若实验中没有现成的遮光条,应选用宽度小的A板为遮光条,实验时把遮光条经过光电门时的平均速度作为物块的瞬时速度,遮光条的宽度越窄,遮光条经过光电门时的平均速度越接近物块的瞬时速度.(2)根据遮光条的宽度与遮光条通过光电门的时间即可求得遮光条通过光电门时物块的速度v=dt,根据匀减速运动规律得-2as=0-v2,联立以上两式得加速度的表达式a=v‎2‎‎2s=d‎2‎‎2st‎2‎.‎ - 5 -‎