【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇研究匀变速直线运动（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇研究匀变速直线运动（解析版）

研究匀变速直线运动 ‎1、在“用打点计时器测速度”的实验中,交流电源频率为50Hz,打出一段纸带如图所示。每隔四个点(图中未画出)取一个计数点,纸带经过2号计数点时,测得的瞬时速度__________m/s。若实验时交流电源频率大于50Hz,则纸带经过2号点的实际速度__________(填“大于”“小于”或“等于”)测量速度。‎ ‎2、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 由图可知，小车在桌面上是_________填“从右向左”或“从左向右”运动的。‎ 该小组同学根据图的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图中A点位置时的速度大小为_______，加速度大小为_______。结果均保留2位有效数字 ‎3、研究小车匀变速直线运动的实验装置如图a所示,其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图b所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。‎ ‎(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放开小车。‎ C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连。‎ D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔。‎ 上述实验步骤的正确顺序是：________（用字母填写）。‎ ‎(2)图b中标出的相邻两计数点的时间间隔________s。‎ ‎(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为________。‎ ‎(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为________。‎ ‎4、某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度的之间的关系。使用器材由:斜面、滑块、长度不同的挡光片、光电计时器 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,用光电计时器得光线被挡光片遮住的时间;‎ ‎③用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,令滑块由静止开始向下滑,重复步骤②、③;‎ ‎⑤多次重复步骤④;‎ ‎⑥利用试验中得到的数据作出图,如图(c)所示 完成下列填空:‎ ‎1.用表示滑块下滑的加速度大小,用表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与、和的关系式为_________。‎ ‎2.由图(c)可求得_____,_____。(结果保留3位有效数字)‎ ‎5、某同学用如图甲所示的实验装置研究滑块的运动,接通气源.当空气从导轨两侧稳定喷出时.发现滑块与气垫导轨没有直接接触,装置能正常使用,调节导轨水平.把细线的一端固定在滑块上.另一端固定在钩码上. ‎ ‎(1)该同学用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L=________mm. ‎ ‎(2)该同学将滑块由图甲所示位置由静止释放,在钩码的牵引下先后通过两个光电门,配套的数字秒表记录了遮光条通过第一个光电门的时间为;通过第二个光电门的时间为;遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为 ‎.则滑块经过光电门I时的瞬时速度________;经过光电门2时的瞬时速度________.滑块的加速度大小_______ ‎ ‎6、利用图甲装置可以做力学中的许多实验.‎ ‎（1）利用图甲装置“研究匀变速直线运动”时,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）利用图中装置“研究匀变速直线运动”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乙所示,每相邻两个计数点间还有4个点未画出.‎ ‎①图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔T=_________s;‎ ‎②计数点E对应小车的瞬时速度大小计算式为vE=_____(时间间隔用T表示);‎ ‎③为了充分利用记录的数据并减小误差,小车加速度大小的计算式应为a=_____(时间间隔用T表示).‎ ‎7、某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关S,电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片与触头瞬间分开,第1个小球开始下落,M迅速恢复,电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时,M与触头分开,第2个小球开始下落……这样,就可测出多个小球下落的总时间。‎ ‎(1)在实验中,下列做法正确的有( )‎ A.电路中的电源只能选用交流电源 B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方 C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D.手动敲击M的同时按下停表开始计时 ‎(2)实验测得小球下落的高度,10个小球下落的总时间。可求出重力加速度__________。(结果保留两位有效数字)‎ ‎(3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的两个办法:‎ ‎①____________________________________________________;‎ ‎②____________________________________________________。‎ ‎(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间磁性才消失,因此,每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差,这导致实验误差。为此,他分别取高度和,测量n个小球下落的总时间和,用此法__________(填“能”或“不能”)消除对本实验的影响。请利用本小题提供的物理量求得重力加速度的表达式:____________。‎ ‎8、用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。‎ 主要实验步骤如下:‎ a.安装好实验器材。接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。‎ b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点,然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图2中……所示。‎ c.通过测量、计算可以得到在打……点时小车的速度,分别记作……‎ d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图3所示。‎ 结合上述实验步骤,请你完成下列任务:‎ ‎(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有__________和__________(填选项前的字母)。‎ 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 E.天平(含砝码)‎ ‎(2)在图3中已标出计数点对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出图像。‎ ‎(3)观察图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是_____________________________。图像斜率的物理意义是__________。‎ ‎(4)描绘图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对的要求是__________(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的大小与速度测量的误差__________(选填“有关”或“无关”)。‎ ‎(5)早在16世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图4所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：0.36;大于 解析：从0开始每5个点取一个计数点,所以相邻计数点间的时间间隔为0.02s×5=0.1s,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,可求出打纸带上2号点时小车的瞬时速度大小。小车经过2号计数点的瞬时速度。如果交流电的频率大于50Hz,那么实际打点周期变小,则点间距的测量值小于理论值,根据可知,测出的速度数值比真实值偏小。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：从右向左.0.19;   0.038  ‎ 解析：1.小车受到摩擦力作用做减速运动,水滴间距离逐渐减小,故小车从右向左运动. 2.滴水的时间间隔,小车运动到A点时的速度,小车的加速度.‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：(1)DCBA (2)0.1 (3) (4)‎ 解析：(1)器材的组装顺序,应当先固定打点计时器,再安装纸带,最后将纸带与小车连接起来,小车释放之前,应当先等待打点计时器工作直至稳定,测量结束后,应当先关闭电源,再取出纸带,所以正确的顺序应当是DCBA。‎ ‎(2)因为其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出,打点计时器的工作频率为50Hz,也就是每0.02s打一个点,可知相邻两点的时间间隔为0.1s。‎ ‎(3)计数点5对应的瞬时速度大小等于4、6间的平均速度,则。‎ ‎(4)根据得,,,‎ ‎,为了减小误差,不要使用相邻的两段位移进行计算,而是要取得远一些,此时由于间隔了三段位移,所以分母上的时间单位也要作出相应的更改,测得的三个加速度应当取平均值,则有。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：1. 2.52.1,16.3‎ 解析：1.由于滑块做匀变速运动,在挡光片通过光电门的过程中,由运动学公式得: ,则。 2.由结合题图(c)可知,图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA,将图线延长与纵轴相交,得vA=52.1cm/s,图线的斜率等于,即,求得a=16.3cm/s2。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：(1)5.000 (2) ,,‎ 解析：（1）由螺旋测微器读出整毫米数为,由可动刻度读出毫米的小部分为.则挡光片的宽度为 (2)因为遮光板宽度为L,故滑块通过第一个光电门的平均速度为: 滑块通过第二个光电门的平均速度为: ；故加速度为: ‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：1.AB 2.①0.1 ② ③‎ 解析： 1.利用图甲装置“研究匀变速直线运动”时,细线必须与长木板平行,选项A正确;先接通电源再释放小车,从而能充分利用纸带,选项B正确;小车的质量没必要远大于钩码的质量,选项C错误;小车能做匀加速运动即可,没必要平衡小车与长木板间的摩擦力,选项D错误.‎ ‎2.①图中标出的相邻两计数点间的时间间隔;‎ ‎②计数点E对应小车的瞬时速度大小计算式为;‎ ‎③为了充分利用记录的数据并减小误差,根据,得小车加速度大小的计算公式应为.‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：(1)BD (2)9.4‎ ‎(3)①选择密度更大的实心金属球;②多次重复实验,结果取平均值 ‎(4)能;‎ 解析：(1)对与触头接触期间,电磁铁应保持磁性存在,故电源用直流电源和交流电源均可,故A错误;小球自由下落,因此要使小球能够撞击应调整到电磁铁的正下方,故B正确;球的正下方到M的竖直距离为小球下落的高度,并不是电磁铁下端到M的竖直距离,故C错误;手动敲击M的同时小球开始下落,因此应该从该时刻计时,故D正确。‎ ‎(2)一个小球下落的时间为,根据自由落体运动规律有,可得。‎ ‎(3)通过多次测量取平均值可以减小误差,同时该实验的误差主要来自小球下落过程中空气阻力的影响,因此选择密度更大的实心金属球。‎ ‎(4)由自由落体运动的规律可得,,联立可解得,因此可以消去对实验结果的影响。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：(1)A;C (2)见解析图 (3)小车的速度随时间均匀变化;加速度 ‎(4)越小越好;有关 ‎(5)如果小球的初速度为0,其速度,那么它通过的位移。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ 解析：(1)打点计时器使用的是低压交流电源,故选A;打相邻计数点的时间间隔是已知的,故不需要秒表;计数点间的距离需要用刻度尺测量,故选C;由于不需要知道小车和重物的质量,故不需要天平(含砝码)。‎ ‎(2)先标出计数点C对应的坐标点,连线时要让尽量多的点在一条直线上。如图所示。‎ ‎(3)依据图像是直线(斜率一定),即小车的速度随时间均匀变化,判断出小车做匀变速直线运动;图像斜率的物理意义是加速度。‎ ‎(4)表示的是内的平均速度,只有当趋近于零时,才表示瞬时速度。因此若用表示各计数点的瞬时速度,对的要求是越小越好;从实验的角度看,选取的越大,的测量误差就越小,算出的速度的误差就越小,因此从实验的角度看,选取的大小与速度测量的误差有关。‎ ‎(5)如果小球的初速度为0,其速度,那么它通过的位移故推出。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ ‎ ‎