实验1-2 研究匀变速直线运动（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验1-2 研究匀变速直线运动（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验1.2 研究匀变速直线运动 抢分巧练 ‎◎考题实战 掌握高考脉搏 ‎1．(2015课标卷Ⅱ，22)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离．‎ ‎(1)物块下滑时的加速度a＝________ m/s2，打C点时物块的速度v＝________ m/s；‎ ‎(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)．‎ A．物块的质量　 B．斜面的高度　‎ C.斜面的倾角 答案　(1)3.25　1.79　(2)C ‎2.（2016天津卷）某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。‎ ‎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50 HZ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=3.59 cm，s2=4.41 cm，s3=5.19 cm，s4=5.97 cm，s5=6.78 cm，s6=7.64 cm。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　①AB　②0.80　0.40‎ ‎3.（2016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50 Hz。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）。‎ 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）0.56 0.96 （2）2.0‎ 解析：（1）根据匀变速直线运动中的中间时刻速度等于该过程的平均速度，‎ 可知，‎ （2） 由逐差法可得加速度：‎ ‎4.（2017新课标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__________，加速度大小为________。（结果均保留2位有效数字）‎ 答案：（1）从右向左；（2），（水滴间隔时间按算）/（水滴间隔时间按算）。‎ ‎5．（2017新课标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．‎ 图(a)　　　　　　　　 图(b)‎ 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Δt；‎ ‎③用Δs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Δt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中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；⑤多次重复步骤④；‎ ‎⑥利用实验中得到的数据作出Δt图，如图(c)所示．‎ 图(c)‎ 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3位有效数字）‎ 答案：（1） （2）52.1 16.3（15.8~16.8）‎ ‎ cm/s，在图线上选取较远的两点，求得斜率＝ cm/s2≈8.17 cm/s2，即a≈16.3 cm/s2.‎ ‎6．（2018新课标III）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：‎ ‎（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端（位置恰好处于 L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。‎ ‎（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）。‎ ‎（3）已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2，L=30.0 cm，L1=10.4 cm，乙的反应时间为__________s。（结果保留2位有效数字）‎ ‎（4）写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________。‎ ‎7．（2018北京卷）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O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。‎ c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……‎ 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50 Hz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A、B、D、E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v-t图像_____________。‎ ‎（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。‎ ‎（4）描绘v-t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△t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△x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： A C 如图所示：‎ 小车的速度随时间均匀变化 加速度 越小越好 有关 如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。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）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选AC ‎（2）利用所给点迹描点连线，得图像 其中C点的横坐标为3T，纵坐标为 （2） 结合图像可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图像的斜率代表了运动时的加 ‎◎考法模拟 悟透破题之道 ‎8．如图甲是某同学做“研究匀变速直线运动”实验时获得的一条纸带．‎ ‎(1)打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出．试根据纸带上的数据，推测F点的位置并在纸带上标出，算出对应的速度vF＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)．‎ ‎(2)图乙是该同学根据纸带上的数据，作出的vt图象，根据图象，t＝0时的速度v0＝________m/s，加速度a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)．‎ 答案　(1)如图所示　0.70‎ ‎(2)0.20　5.0‎ ‎9．如图所示，某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图，已知频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字) ‎ ‎(1)由频闪照片上的数据计算t4时刻小球的速度v4＝________m/s.‎ ‎(2)小球上升的加速度大小约为a＝________m/s2.‎ ‎(3)对(2)的数据进行分析，可得到的结论是________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 答案　(1)3.98　(2)10.0　(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用 ‎10．(2018·绍兴高三月考)在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________.‎ A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面 B．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路 C．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车 D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面 E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次 F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的开始点下面记作0，往后第六个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两点间的距离 G．根据公式a1＝，a2＝，a3＝及＝求出 解析　在实验中要尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差．其中E项中的电源应采用交流电，而不是直流电．‎ 答案　ABCDFG 11. 现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示．拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示．重力加速度大小g＝9.80 m/s2. ‎ x1‎ x2‎ x3‎ x4‎ h s ‎10.76‎ ‎15.05‎ ‎19.34‎ ‎23.65‎ ‎48.00‎ ‎80.00‎ 根据表中数据，完成下列填空：‎ ‎(1)物块的加速度a＝________m/s2(保留3位有效数字)．‎ ‎(2)因为_____________________________________________________‎ ‎__________________，可知斜面是粗糙的．‎ ‎12．(2016·山西省四校高三二次联考)在暗室中用图所示装置做“测定重力加速度”的实验．实验器材有：铁架台、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盘、带荧光刻度的毫米刻度尺、频闪仪。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴的落下。‎ ‎②‎ 用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮。由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次观察到空中有一串仿佛固定不动的水滴。‎ ‎③用竖直放置的毫米刻度尺测得各个水滴所对应的刻度。‎ ‎④处理实验数据。‎ ‎(1)实验中第一次观察到空中有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率f1与f2水滴滴落的频率的关系为：________。‎ ‎(2)实验中第一次观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴O的距离如图所示．根据数据测得当地重力加速度应为g＝________ m/s2，水滴C此时的速度vC ________ m/s(结果都保留三位有效数字)。‎ ‎13.实验中，如图1所示为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，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s.‎ 图1‎ ‎(1)根据纸带可判定小车做________运动．‎ ‎(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s.在如图2所示坐标中作出小车的vt图线，并根据图线求出a＝________.‎ 图2‎ ‎(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是____________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度．‎ 答案　(1)匀加速直线　(2)3.90　2.64　1.38　见解析图　12.60 m/s2　(3)零时刻小车经过A点的速度 14. 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θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz.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T＝____________s.‎ ‎(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝____________.‎ ‎(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a＝________.‎ 答案　(1)DCBA　(2)0.1　(3) ‎(4)‎ ‎15．(2016·浙江省杭州市七校联考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，小车做匀加速直线运动，打点计时器接在50 Hz的低压交变电源上。某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图乙所示，由此可以得到一条表示v－t关系的图线，从而求出加速度的大小。‎ ‎　　　　甲　　　　　　　　　乙 ‎(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v－t关系的图线；‎ ‎(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？‎ ‎(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为________m/s2。‎ ‎(2)b纸带高度代表0.15 s时的瞬时速度，所以为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出b段纸带的长度。‎ ‎(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，时间是0.1 s，所以平均速度也就是0.05 s时的瞬时速度为0.2 m/s；e段纸带的长度为10.0 cm，所以平均速度也就是0.45 s时的瞬时速度为1 m/s；由以上可知Δv＝0.8 m/s，Δt＝0.4 s；所以加速度a＝＝2.0 m/s2‎ 答案　(1)如解析图所示　(2)b　(3)2.0‎ ‎16．(2015·安徽省宣城市八校高三联考)某同学用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动的规律。‎ ‎(1)实验开始前________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，实验中________(填“需要”或“不需要”)保证悬挂的钩码质量要远小于小车的质量。‎ ‎(2)实验中，从打出的多条纸带中选取一条合适的纸带(图乙)，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F 共7个计数点，(每相邻两个计数点间还有四个计时点未画出)用刻度尺测出A、B、C、D、E、F六个计数点到O点的距离并填在下面的表格中 线段 OA OB OC OD OE OF 数据/cm ‎0.54‎ ‎1.53‎ ‎2.92‎ ‎4.76‎ ‎7.00‎ ‎9.40‎ 打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，则打C点时小车的速度为________m/s，小车运动的加速度为________m/s2，从释放小车到打C点时，小车运动的时间为________s(结果都保留两位有效数字)。‎ ‎（3）若小车的质量为M＝450 g。打(2)问中纸带时悬挂钩码的质量为m＝50 g，不计线与滑轮的摩擦，重力加速度g＝10 m/s2，则小车运动过程中所受阻力为________N。‎ 为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值 得a＝＝＝＝m/s2＝0.40 m/s2，‎ 从释放小车到打点C时，小车运动的时间为，t＝＝ s＝0.4 s。‎ ‎(3)对于钩码，根据牛顿第二定律得，mg－T＝ma 对于小车，根据牛顿第二定律得，T－f＝Ma，‎ 解得f＝0.3 N。‎ 答案　(1)不需要　不需要　(2)0.16　0.40　0.40　(3)0.3‎ ‎17．（2016鄂豫晋陕冀五省高三上期12月月考）用打点计时器测量物体自由落体运动的加速度时，得到如图所示的一段纸带，测得AB=6. 65 cm，BC=8.17 cm。已知打点计时器所接交流电频率是50 Hz，A与B之间及B与C之间还有一计时点，则打B点时物体的瞬时速度为____ m/s，测得的加速度为 m／s2。如果实验测出的重力加速度值比公认值偏小，可能的原因是 （任意写一条即可）。（计算结果均保留两位小数）‎ ‎【答案】1.85；9.50；下落过程中有存在阻力 ‎【解析】‎ ‎18．（2016湖南省长沙市长郡中学高三上期第四次月考）物理小组的同学用如图所示的实验器材测定重力加速度，实验器材有：底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器（其中光电门1更靠近小球释放点），小球释放器（可使小球无初速释放）、网兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。‎ ‎（1）使用游标卡尺测量小球的直径如图所示则小球直径为cm。‎ ‎（2）改变光电门1的位置保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2的速度为v，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v四个物理量之间的关系为h=。‎ ‎（3）根据实验数据作出图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为。‎ ‎【答案】（1）1.170 （2） （3）2k ‎【解析】（1）根据20等分的游标卡尺的读数原则，所以读数为d=11mm+14×0.05mm=11.70mm=1.170cm ‎（2）由于光电门2位置不变，将小球的自由落体运动反向看成竖直向上的匀减速运动，由，可知关系式为；‎ ‎（3）根据得，，所以作出图线的斜率大小为 所以重力加速度大小g=2k。‎ 故答案为：（1）1.170；（2）；（3）2k。‎ ‎19．（陕西省宝鸡中学2017届高三月考2）在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、 G 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源。‎ ‎(1)根据以上信息，计数点之间的时间间隔为_______s；‎ ‎(2)设电火花计时器的周期为T,计算F点的瞬时速度的公式为=_______；‎ ‎(3)设电火花计时器的周期为T，计算平均加速度的公式为a=__________________；‎ ‎(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比_________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)‎ 为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，得：‎ ‎；‎ ‎(4)电网电压变化，并不改变打点的周期，故测量值与实际值相比不变。‎ ‎【答案】(1)0.1；(2)；‎ ‎(3)；‎ ‎(4)不变。‎ ‎20．某同学设计了一个如图1所示的装置测定滑块与木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是质量可调的砝码，不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦，装置水平放置。实验中该同学在砝码总质量（m+m′=m0）保持不变的条件下，改变m和m′的大小，测出不同m下系统的加速度a，然后通过实验数据的分析就可求出滑块与木板间的动摩擦因数。‎ ‎（1）该同学手中有打点计时器、纸带、质量已知且可随意组合的砝码若干、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还应有____________。‎ A．秒表 B．毫米刻度尺 C．天平 D．低压交流电源 ‎（2）实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图2所示，从清晰的O点开始，每隔4个点取一计数点（中间4个点没画出），分别记为A、B、C、D、E、F，各计数点到O点的距离为OA=1.61cm，OB=4.02cm，OC=7.26cm，OD=11.30cm，OE=16.14cm，OF=21.80cm，打点计时器打点频率为50Hz，则由此纸带可得到打E点时滑块的速度v=________m/s，此次实验滑块的加速度a=__________m/s2。（结果均保留两位有效数字）‎ ‎（3）在实验数据处理中，该同学以m为横轴，以系统的加速度a为纵轴，绘制了如图3所示的实验图线，结合本实验可知滑块与木板间的动摩擦因数μ=_________。（g取10m/s2）‎ D. 打点计时器要用到低压交流电源，故D正确。‎ 故选：BD ‎(2)每隔4个点取一计数点，相邻计数点之间的时间间隔为0.1s，故用平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得：‎ 同理可求，‎ 由匀变速运动规律得：‎ 所以,‎ 由逐差法可得：‎ ‎(3)对ABC系统应用牛顿第二定律可得：所以，a−−t图象中，纵轴的截距为−μg，故−μg=−3，μ=0.3‎ ‎【答案】（1）BD；（2）0.52，0.81；（3）0.3‎ ‎21．(2016·山西高考前质检)某同学用图(a)的装置测量当地的重力加速度，框架竖直部分上装光电门M和N，其旁竖一刻度尺，零刻度线在上端；框架水平部分用电磁铁吸住一小钢球。切断电源，小钢球由静止下落，当小球经过光电门时光线被遮挡，光电传感器会输出高电压。某次实验中，测得M、N两光电门对应的刻度分别为x1、x2，传感器的输出电压波形如图(b)所示，小球的直径为d，则：‎ ‎(1)小球经过光电门M时的速度为________(用物理量的符号表示)；‎ ‎(2)可求得当地的重力加速度为________(用物理量的符号表示)；‎ ‎(3)用游标卡尺测量小钢球的直径如图(c)所示，该小钢球的直径为________cm。‎ ‎ ‎