考点04 实验:研究匀变速直线运动-备战2022年高考物理考点一遍过.doc
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1、一、实验中纸带的处理方法1判定物体的运动性质(1)若纸带上各相邻点间距相等,则物体做匀速运动。(2)若相邻计数点时间间隔为T,计算各个连续相等时间内位移的差x,若x=aT2(恒量),则物体做匀变速直线运动。2某点瞬时速度的计算根据在匀变速直线运动中,某段时间内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度:vn=,即n点的瞬时速度等于(n1)点和(n+1)点间的平均速度。3加速度的计算:一般有两种方法(1)利用“逐差法”求加速度由于物体做匀变速运动,所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等,即x=aT2,可得a=。但利用一个x求得的加速度偶然误差太大,为了减小实验中的偶然误差,分析纸带时,纸带上的各
2、段位移最好都用上,方法如下:(a)如图所示,若为偶数段,设为6段,则,然后取平均值,即 或由直接求得;(b)若为奇数段,则中间段往往不用,如5段,则不用第三段,则,然后取平均值,即;或去掉一段变为偶数段由;(2)先求出第n点时纸带的瞬时速度(一般要5点以上),然后作出vt图象,用vt图象的斜率求物体运动的加速度。二、实验的注意事项(1)平行:纸带、细绳要和木板平行。(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取纸带。(3)防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地和小车与滑轮相撞。(4)减小误差:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速
3、度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出67个计数点为宜。a作出速度时间图象,通过图象的斜率求解物体的加速度;b剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。三、依据纸带判断物体是否做匀变速运动的方法(1)x1、x2、x3xn是相邻两计数点间的距离。(2)x是两个连续相等的时间里的位移差:x1=x2x1,x2=x3x2。(3)T是相邻两计数点间的时间间隔:T=0.02n(打点计时器的频率为50 Hz,n为两计数点间计时点的间隔数)。(4)x=aT2,因为T是恒量,做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量,所以x必然是个恒量。这表明:只要小车做匀加速直线运动,它在任意两个连续相等的时间里的位移之差
4、就一定相等。实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数,提供的器材有:带定滑轮的长木板,有凹槽的木块,质量为20 g的钩码若干,打点计时器,电源,纸带,细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下,剩余的钩码放在木块的凹槽中,保持长木板水平,利用打出的纸带测量木块的加速度。(1)正确进行实验操作,得到一条纸带,从某个清晰的打点开始,依次标注0、1、2、3、4、5、6,分别测出位置0到位置3、位置6间的距离,如图乙所示。已知打点周期T=0.02 s,则木块的加速度a=_。(2)将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端,改变悬挂钩码的总质量m,测得相应的加速度a,作出am图象如图丙所示。已知当地
5、重力加速度,则木块与木板间动摩擦因数=_。(保留两位有效数字)(3)实验中_(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。【参考答案】(1)3.33 (2)0.34 (3)不需要【详细解析】(1)木块的加速度;(2)设木块的质量为M,根据牛顿第二定律有,又,可解得加速度,由丙图可知,当m=0时,则木块与木板间动摩擦因数=0.34;(3)实验中没有采用细线拉力等于重力,所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。1(2019·云南省玉溪市民族中学高一月考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况。在
6、这一实验中,某同学操作以下实验步骤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D拉住纸带,将小车靠近打点计时器,先放开纸带,再接通电源E断开电源,取下纸带其中错误的步骤有:(1)_,正确步骤应该为_;(2)电磁打点计时器工作时连接的是4-6 V的低压_电源;(3)如果打点计时器所接电源频率为50 Hz,实验时得到如图所示的纸带,设O点是计数的起始点,且两个计数点间有4个点未标出.则打计数点2时物体的瞬时速度v2_m/s,全过程中加速度a=_m/s2。(结果保留两位有效数字)【答案】(1)D 先
7、接通电源,再放开纸带 (2)交流 (3)0.57 1.0【解析】(1)在D项操作中,注意要先接通电源,然后再释放纸带,这样可以保持的打点的稳定以及提高纸带的利用率,尽量多在纸带上打点;(2)根据电磁打点计时器的构造和具体使用我们知道,电磁打点计时器是一种记录物体运动位移和时间的仪器,它使用的电源为46 V的低压交流电源;(3)在匀变速直线运动中,时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度,因此有:;根据匀变速直线运动的判别式,结合纸带上四组连续相等时间的位移,运用逐差法得:。如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔
8、为_s。 (2)A、B、C、D是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距x=_cm;C点对应的速度是_m/s。【参考答案】(1)0.02 (2)0.70 0.10【详细解析】(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02 s。(2)由图示刻度尺可知,其分度值为1 mm,A、B两点间的距离s=1.70 cm1.0 cm=0.70 cm;相邻计算点间有4个点没有画出,则相邻计数点间的时间间隔t=0.02×5 s=0.1 s,C的对应的速度。【名师点睛】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
9、要加强基础知识的理解与应用。1(2019·福建省莆田第八中学高一期中)某同学用如图所示的装置测定重力加速度,(1)电火花计时器的工作电压为_V,是_(选填“交流”或“直流”)电。(2)打出的纸带如图所示,实验时纸带的_端应和重物相连接。(选填“甲”或“乙”)(3)由纸带所示数据可算出实验时的加速度为_m/s2。(相邻两计数点间的时间间隔为0.02 ,计算结果保留三位有效数字)【答案】(1)220 交流 (2)乙 (3)9.4【解析】(1)根据电火花打点计时器的构造和工作原理可知,其工作电源为交流220 V。(2)从纸带上可以发现从左端到右端,相邻的计数点的距离越来越小,也就是说明速度
10、越来越小,与重物相连接的纸带先打出点,速度较小,所以实验时纸带的乙端端通过夹子和重物相连接。(3)根据运动学公式得:x=aT2,有:。1(2019·河南省实验中学高一月考)某同学用下图所示装置测定重力加速度的大小,已知打点的频率为50 Hz,请回答:(1)除打点计时器、纸带、重物、铁架台、夹子、导线及开关外,在下面的器材中,还必须使用的有_(填选项代号)。A电压为6 V以下的交流电源B电压为220 V的交流电源C刻度尺D秒表(2)打出的纸带如下图所示,可以判断实验时重物连接在纸带的_端。(选填“左”或“右”)(3)根据打点计时器打出的纸带,可以从纸带上直接测得的物理量是_A加速度 B
11、速度 C 位移 D平均速度(4)已知纸带上记录的点为打点计时器连续打的点,打点计时器在打C点时物体的瞬时速度大小为_m/s,所测得的重力加速度大小为_m/s2。(结果均保留三位有效数字)2利用打点计时器探究小车的速度随时间变化的规律。其中交变电流的频率为50 Hz,如图给出了该次实验中,从A点开始,每5个点取一个计数点的纸带,其中A、B、C、D、E、F、G都为计数点。测得各计数点到A点的距离分别为:d1=1.40 cm,d2=3.29 cm,d3=5.69 cm,d4=8.59 cm,d5=12.00 cm,d6=15.90 cm。(1)如果该纸带A端与小车相连,则小车的运动方向为 (选填“A
12、B”或“BA”),且小车做 (填“匀加速”“匀减速”或“变加速”)直线运动。(2)在打计数点F时,小车运动的瞬时速度为vF= m/s,小车的加速度大小为a= m/s2。(本小题计算结果数值均保留两位有效数字)(3)如果当时电网中交变电流的电压略偏小,但仍然稳定。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 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。3某同学利用自由落体运动来研究匀变速直线运动的规律,设计了如图所示的装置。实验中将打点计时器固定在竖直方向上,质量为m1的物体A与质量为m2的物体B(m1<m2)通过轻绳悬挂在定滑轮上,物体A通过铁夹与纸带相连接。开始时物体A与物体B均处于
13、静止状态,之后将它们同时释放。图所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带,O是打点计时器打下的第一个点,A、B、C、D.是按打点先后顺序依次选取的计数点,在相邻两个计数点之间还有四个点没有画出。打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。(1)将各计数点至O点的距离依次记为s1、s2、s3、s4.实际测得s2=1.60 cm,s4=6.40 cm,请计算打点计时器打下C点时物体A的速度大小是_m/s;(2)乙同学们根据测出的物体A上升高度s与相应的时间,描绘t出如图所示的st2图线,由此可以求出物体的加速度大小为_m/s2;4(2019·黑龙江省鹤岗一中高二月考)(1)打点计时器是
14、一种计时仪器,常用的电磁式打点计时器和电火花打点计时器使用的是_(填“直流电”或“交流电”)。(2)在探究小车做匀变速直线运动的规律的实验中,打出的纸带如图所示:选出A、B、C、D、E、F、G,7个计数点,且每相邻两个计数点间还有4个点没有画出。则:打下E点瞬间小车的速度大小=_m/s(结果保留三位有效数字);小车运动的加速度大小=_m/s2(结果保留三位有效数字)。 (3)若在(2)实验中,算出小车经过各计数点的瞬时速度后,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画出v-t图象,量出其倾角,由公式a=tan 算出加速度C画出v-t图象,由图线上相距较远的两点
15、所对应的速度、时间,用公式算出加速度D依次算出连续两点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度(4)若在(2)的实验中,电流频率变为52 Hz,而实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。5(2019·新课标全国卷)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在ABCDE五个点中,打点计时器最先打出的是 点,在打出C点时物块的速度大小为 m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速
16、度大小为 m/s2(保留2位有效数字)。6(2019·新课标全国卷)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源,纸带等。回答下列问题:(1)铁块与木板间动摩擦因数= (用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角=30°。接通电源。开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算
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