全國2018屆高考物理考點一遍過專題04實驗：研究勻變速直線運動含解析.docx

專題04 實驗：研究勻變速直線運動一、實驗中紙帶的處理方法1判定物體的運動性質(zhì)（1）若紙帶上各相鄰點間距相等，則物體做勻速運動。（2）若相鄰計數(shù)點時間間隔為T，計算各個連續(xù)相等時間內(nèi)位移的差x，若x=aT2（恒量），則物體做勻變速直線運動。2某點瞬時速度的計算根據(jù)在勻變速直線運動中，某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中點時刻的瞬時速度：vn=，即n點的瞬時速度等于（n1）點和（n+1）點間的平均速度。3加速度的計算：一般有兩種方法（1）利用“逐差法”求加速度由于物體做勻變速運動，所以滿足在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)位移差相等，即x=aT2，可得a=。但利用一個x求得的加速度偶然誤差太大，為了減小實驗中的偶然誤差，分析紙帶時，紙帶上的各段位移最好都用上，方法如下：（a）如圖所示，若為偶數(shù)段，設為6段，則，然后取平均值，即 或由直接求得；（b）若為奇數(shù)段，則中間段往往不用，如5段，則不用第三段，則，然后取平均值，即；或去掉一段變?yōu)榕紨?shù)段由；（2）先求出第n點時紙帶的瞬時速度（一般要5點以上），然后作出vt圖象，用vt圖象的斜率求物體運動的加速度。二、實驗的注意事項（1）平行：紙帶、細繩要和木板平行。（2）兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源，后取紙帶。（3）防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。（4）減小誤差：小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個計數(shù)點為宜。a作出速度時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度。三、依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速運動的方法（1）x1、x2、x3xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離。（2）x是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：x1=x2x1，x2=x3x2。（3）T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T=0.02n（打點計時器的頻率為50 Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù)）。（4）x=aT2，因為T是恒量，做勻變速直線運動的小車的加速度a也為恒量，所以x必然是個恒量。這表明：只要小車做勻加速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間里的位移之差就一定相等。（1）電磁打點計時器使用_電源（選填“交流”或“直流”），當電源頻率為50赫茲，它每隔_打一次點。（2）使用打點計時器來分析物體運動情況的實驗中，有以下基本步驟：A松開紙帶讓物體帶著紙帶運動B穿好紙帶C把打點計時器固定好D接通電源，進行打點以上步驟中正確的順序是_?！緟⒖即鸢浮浚?）交流 0.02 （2）CBDA【詳細解析】（1）電磁打點計時器使用交流電源，當電源頻率為50赫茲時，它每隔0.02 s打一次點。（2）使用打點計時器來分析物體運動情況的實驗中，正確的步驟順序是：CBDA。1利用打點計時器研究勻變速運動的實驗中，接通電源與釋放紙帶（或物體），這兩個操作時刻的關系應當是A先接通電源，后釋放紙帶B先釋放紙帶，后接通電源C釋放紙帶的同時接通電源D先接通電源或先釋放紙帶都可以【答案】A2電火花計時器使用_電源，電壓為_V。當電源的頻率為50 Hz時打點計時器每隔_s打一個點，當交流電的頻率小于50 Hz時，仍按50 Hz計算，則測量的速度的數(shù)值比真實的速度數(shù)值_（填“偏大”“偏小”“不變”） ?！敬鸢浮拷涣?220 0.02 偏大【解析】電火花打點計時器是使用220 V交流電源的儀器，其打點周期與交流電的周期相同，若交流電頻率為50赫茲，則其打點周期為0.02 s，當電源頻率低于50 Hz時，實際打點周期將變大，而進行計算時，仍然用0.02 s，因此測出的速度數(shù)值將比物體的真實數(shù)值大。學#如圖是某同學在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶。（1）已知打點計時器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為_s。 （2）A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點間距x=_cm；C點對應的速度是_m/s?！緟⒖即鸢浮浚?）0.02 （2）0.70 0.10【名師點睛】要提高應用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎知識的理解與應用。1某同學用打點計時器研究小車的勻變速直線運動。他將打點計時器接到電源頻率為50 Hz的交流電源上，實驗時得到一條實驗紙帶，紙帶上O、A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出。（1）兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=_s。（2）由紙帶可知，小車的加速度為a=_m/s2，在打D點時小車的速度vD=_m/s（以上兩空保留兩位有效數(shù)字），F(xiàn)到G的距離為_cm。（3）若實驗時，電源頻率略低于50 Hz，但該同學仍按50 Hz計算小車的加速度，則測量得到的小車的速度與真實的速度相比將_（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。【答案】（1）0.1 （2）0.75 0.40 5.90 （3）偏大【解析】（1）當電源頻率是50 Hz時，打點計時器每隔0.02 s打一次點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，因此時間間隔為T=0.025 s=0.1 s。（2）x=0.75 cm，根據(jù)勻變速直線運動推論x=aT2可得：，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，因此有，根據(jù)題意可知：xEF=19.65 cm14.50 cm=5.15 cm，xFGxEF=x，xFG=xEF+x=5.15 cm+0.75 cm=5.90 cm。（3）當電源頻率低于50 Hz，其打點周期大于0.02 s，所以仍按50 Hz計算，即0.02 s，據(jù)可知，測出的速度數(shù)值將比真實值偏大。2某同學在做“練習使用打點計時器”實驗時打出的紙帶如圖所示，每兩點之間還有四個點沒有畫出來，圖中的數(shù)字為相鄰兩點間的距離，打點計時器的電源頻率為50 Hz。（1）打點計時器是一種使用_（填“交流”或“直流”）電源的_儀器。（2）相鄰兩個計數(shù)點間的時間為_s。（3）打第4個計數(shù)點時紙帶的速度v4=_m/s（保留三位有效數(shù)字）。【答案】（1）交流 計時 （2）0.1 （3）1.201（1）關于打點計時器的使用，下列說法中正確的是A電磁打點計時器使用的是46 V的直流電源B在使用打點計時器時，先讓物體運動，后接通打點計時器的電源C使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小D紙帶上打的點越密，說明物體運動得越快（2）在研究勻變速直線運動的實驗中電源頻率為50 Hz，如圖所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的記數(shù)點，相鄰記數(shù)點間有4個計時點未標出，設A點為計時起點BE間的平均速度= m/s。C點的瞬時速度vC= m/s。小車的加速度a= m/s2。2利用打點計時器探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律。其中交變電流的頻率為50 Hz，如圖給出了該次實驗中，從A點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G都為計數(shù)點。測得各計數(shù)點到A點的距離分別為: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）如果該紙帶A端與小車相連，則小車的運動方向為 （選填“AB”或“BA”），且小車做 （填“勻加速”“勻減速”或“變加速”）直線運動。（2）在打計數(shù)點F時，小車運動的瞬時速度為vF= m/s，小車的加速度大小為a= m/s2。（本小題計算結果數(shù)值均保留兩位有效數(shù)字）（3）如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓略偏小，但仍然穩(wěn)定。而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比 （選填“偏大”“偏小”或“不變”）。3在用電火花計時器“研究勻變速直線運動”的實驗中，如圖所示是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出。（電源頻率為50 Hz）（1）根據(jù)運動學有關公式可求得vB=1.38 m/s，vC=_m/s，vD=3.90 m/s。（2）利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運動的加速度a=_m/s2。（3）若利用求得的數(shù)值作出小車的vt圖線（以打A點時開始計時），將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標是0.12 m/s，此速度的物理意義是_。4在做“研究勻變速直線運動”的實驗中。如圖所示，某同學由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10 s，其中x1=7.05 cm，x2=7.68 cm，x3=8.33 cm，x4=8.95 cm，x5=9.61 cm，x6=10.26 cm。（1）通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊的運動情況是_。（2）下表列出了打點計時器打下B、C、E、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D點時小車的瞬時速度。位置BCDEF速度（m/s1）0.7370.8010.9280.994請以A點為計時起點，在圖中畫出小車的速度時間關系圖線。（3）根據(jù)你畫出的小車的速度時間關系圖線計算出小車加速度a=_ m/s2；A點的瞬時速度_。（以上結果均保留兩位有效數(shù)字）。5用打點計時器研究自由落體運動：（1）打點計時器是中學研究物體運動時常用的實驗器材，常見的有電磁打點計時器和電火花計時器兩種。關于電磁打點計時器和電火花計時器的比較，下列說法正確的是A電磁打點計時器使用交流電源，電火花計時器使用直流電源B它們都是使用10 V以下的交流電源C當電源頻率為50 Hz時，它們都是每隔0.02 s打一個點D電火花計時器工作時，紙帶運動受到的阻力較小，所以實驗誤差也較?。?）某同學用如圖甲所示裝置測量自由落體加速度g，得到如圖乙所示的一段紙帶，他每兩個點取一個計數(shù)點（已知交流電頻率為50 Hz），測得AB=7.65 cm，BC=9.17 cm。則打B點時重物的瞬時速度為 m/s，測得的自由落體加速度g= m/s2，它比真實值偏 （選填“大”或“小”）。（結果保留兩位有效數(shù)字）6某同學在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出0、1、2、3、4、5、6共7個測量點。其相鄰點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10，試完成下面問題。（1）根據(jù)紙帶上各個測量點間的距離，某同學已將1、2、3、5點對應的時刻的瞬時速度進行計算并填入表中，請你將4點對應的時刻的瞬時速度填入表中。（要求保留3位有效數(shù)字）瞬時速度v1v2v3v4v5數(shù)值（ms-1）0.1650.2140.2630.363（2）在圖中所示的直角坐標系中畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖線。（3）由圖象求出小車的加速度a=_ m/s2。7某同學用如圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟如下：（1）安裝好實驗器材。（2）接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復幾次。下圖為一次實驗得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰兩計數(shù)點間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5、6七個計數(shù)點，用米尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離如圖所示。（單位：cm）（3）測量1、2、3、6計數(shù)點到0計數(shù)點的距離，分別記做s1、s2、s3s6記錄在以下表格中，其中第2點的讀數(shù)如圖，請?zhí)钊胂路奖砀裰小?序號123456s（cm）6.1819.8627.3235.2243.54（4）通過測量和計算，該同學判斷出小車沿平板做 。（5）分別計算出打計數(shù)點時的速度v1、v2、v3、v4、v5，并記錄在以下表格中，請計算出v1的數(shù)值并填入下方的表格中。序號12345v（m/s）0.680.730.770.81（6）以v為縱坐標、t為橫坐標，請在圖中描出各點，并畫出v-t圖線。由圖求得a=_m/s2。（保留兩位有效數(shù)字）8（2017新課標全國卷）某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（a）所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴）（1）由圖（b）可知，小車在桌面上是_（填“從右向左”或“從左向右”）運動的。（2）該小組同學根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖（b）中A點位置時的速度大小為_m/s，加速度大小為_m/s2。（結果均保留2位有效數(shù)字）9（2017新課標全國卷）某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下：如圖（a），將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t；用s表示擋光片沿運動方向的長度，如圖（b）所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的t時間內(nèi)的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟；多次重復步驟；利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出t圖，如圖（c）所示。完成下列填空：（1）用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和t的關系式為= 。（2）由圖（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2。（結果保留3位有效數(shù)字）10（2016天津卷）某同學利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動。（1）實驗中必要的措施是_。A細線必須與長木板平行B先接通電源再釋放小車C小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D平衡小車與長木板間的摩擦力（2）他實驗時將打點計時器接到頻率為50 HZ的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出）。s1=3.59 cm，s2=4.41 cm，s3=5.19 cm，s4=5.97 cm，s5=6.78 cm，s6=7.64 cm。則小車的加速度a=_m/s2（要求充分利用測量的數(shù)據(jù)），打點計時器在打B點時小車的速度vB=_m/s。（結果均保留兩位有效數(shù)字）11（2016海南卷）某同學利用圖（a）所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖（b）所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學認為物塊的運動為勻加速運動?；卮鹣铝袉栴}：（1）在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為_m/s。在打出D點時，物塊的速度大小為_m/s；（保留兩位有效數(shù)字）（2）物塊的加速度大小為_m/s2。（保留兩位有效數(shù)字）1（1）C （2）3.27 m/s 2.64 m/s 12.6 m/s2（2）相鄰記數(shù)點間有4個計時點未標出，說明兩個計數(shù)點之間的時間間隔為5個間隔，相鄰記數(shù)點間的時間間隔為：T=5t=50.02 s=0.1 s；由平均速度的定義式：；C點的瞬時速度等于BD段時間內(nèi)的平均速度即；小車的加速度：。2（1）BA 勻加速 （2）0.37 0.50（0.490.51均可） （3）不變【解析】（1）如果該紙帶A端與小車相連，則小車的運動方向為BA，因d=0.5 cm，故小車做勻加速直線運動。（2）小車運動的瞬時速度為小車的加速度大小為。（3）如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓略變小，打點計時器的打點時間間隔不變，加速度a的測量值不變，加速度的測量值與實際值相比不變。3（1）2.64 （2）12.6 （3）從A點開始計時時，小車的速度為0.12 m/s（3）根據(jù)描點法作圖，圖象如圖所示此速度的物理意義是打點計時器打下計時點A時紙帶對應的速度。4（1）加速運動 （2）0.864 如圖所示（3）0.64 0.673【解析】（1）vCvB=vDvC速度逐漸變大，物體做加速運動。（2），圖象如圖所示。（3）由圖象可知a=0.64 m/s2，A點的初速度為vA=vBaT=0.673 m/s。5（1）CD （2）2.1 9.5 ?。?）打B點時重物的瞬時速度等于AC之間的平均速度，AC之間的時間間隔t=4T=0.08 s，；A、B、C三個計數(shù)點之間的時間間隔T=2T=0.04 s，加速度；由于紙帶和重物下落時受空氣阻力，且紙帶和打點計時器間有摩擦力，故重力加速度的測量值比真實值偏小。6（1）0.314 （2）如圖所示（3）0.55【解析】（1）測量點4的瞬