高考物理第二輪章節(jié)復(fù)習(xí)講義 力學(xué)實(shí)驗(yàn)1 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)（附答案）

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、基本實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙．2．實(shí)驗(yàn)步驟（1）按照實(shí)驗(yàn)原理圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端，接好電源；（2）把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下端掛適量的鉤碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；（3）把小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開小車；（4）小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶；（5）換紙帶反復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析．3．注意事項(xiàng)（1）平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行．（2）兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后放開小車；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶．（3）防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，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(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜．二、規(guī)律方法總結(jié)1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（1）作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02s打一次點(diǎn)．（2）工作條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：4V～6V交流電源,電火花計(jì)時(shí)器：220V交流電源))2．利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。3．?dāng)?shù)據(jù)處理（1）目的：通過(guò)紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等．（2）處理的方法①利用逐差法求解平均加速度（如下圖）a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)=．②利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)．③利用速度—時(shí)間圖象求加速度：通過(guò)圖象的求解物體的加速度．考點(diǎn)一基本儀器及紙帶數(shù)據(jù)處理例1．關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用，下列說(shuō)法中正確的是（）A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一般使用4～6V的直流電源B．安放紙帶時(shí)，應(yīng)把紙帶放在復(fù)寫紙的上面C．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器D．最好在接通電源的同時(shí)，放開小車?yán)?．如圖所示，氣墊導(dǎo)軌上滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，其上的遮光條將光遮住，電子計(jì)時(shí)器可自動(dòng)記錄遮光時(shí)間Δt．測(cè)得遮光條的寬度為Δx，用eq\f(Δx,Δt)近似代表滑塊通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度．為使eq\f(Δx,Δt)更接近瞬時(shí)速度，正確的措施是（）A．增大氣墊導(dǎo)軌與水平面的夾角B．提高測(cè)量遮光條寬度的精確度C．使滑塊的釋放點(diǎn)更靠近光電門D．換用寬度更窄的遮光條例3．如圖所示，某同學(xué)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到表示小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.10s，其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm，則A點(diǎn)處瞬時(shí)速度的大小是_______m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為，加速度的大小是_______m/s2。（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）xx1x2x3x4x5x6A例4、如圖所示是做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車帶動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)的一部分．圖中每相鄰兩點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，交流電的頻率為50Hz，測(cè)得第二個(gè)、第三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d2＝6.0cm，d3＝10.0cm，則（計(jì)算結(jié)果均保留2位小數(shù)）（1）第一個(gè)、第四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d1＝cm；d4＝cm；（2）物體經(jīng)過(guò)第一個(gè)、第二個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1＝cm/s，v2＝cm/s；物體的加速度a＝cm/s2．變式1、如圖為接在50Hz低壓交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打出的一條紙帶，圖中所示的是每打5個(gè)點(diǎn)所取的記數(shù)點(diǎn)，但第3個(gè)記數(shù)點(diǎn)沒有畫出。由圖數(shù)據(jù)可求得：（計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（1）該物體的加速度為m/s2，（2）第3個(gè)記數(shù)點(diǎn)與第2個(gè)記數(shù)點(diǎn)的距離約為cm，（3）打第3個(gè)點(diǎn)時(shí)該物體的速度為m/s?？键c(diǎn)二實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例5、在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示，是一條記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，交流電的頻率為50Hz．（計(jì)算結(jié)果均保留2位小數(shù)）（1）根據(jù)紙帶可判定小車做________運(yùn)動(dòng)．（2）根據(jù)紙帶計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s．在如圖所示坐標(biāo)中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________．（3）將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是．例6、關(guān)于“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)操作，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）A．在釋放小車前，小車應(yīng)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處B．應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)后再釋放小車C．長(zhǎng)木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低D．要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動(dòng)例7、某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．安裝好實(shí)驗(yàn)器材；B．讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，重復(fù)幾次，選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖乙中a、b、c、d等點(diǎn)；C．測(cè)出x1、x2、x3、…．結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你繼續(xù)完成下列問題：（1）實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（含紙帶、復(fù)寫紙）、小車、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有________．（填選項(xiàng)代號(hào)）A．電壓合適的50Hz交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．秒表D．刻度尺E．天平F．重錘G．彈簧測(cè)力計(jì)H．滑動(dòng)變阻器（2）如果小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關(guān)系是，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔是T，則打c點(diǎn)時(shí)小車的速度大小是________．考點(diǎn)四實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新例8、【利用光電計(jì)時(shí)器研究勻變速運(yùn)動(dòng)】某同學(xué)為了探究物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力與斜面傾角的關(guān)系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，長(zhǎng)直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物塊上．在平板上標(biāo)出A、B兩點(diǎn)，B點(diǎn)處放置一光電門，用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過(guò)光電門時(shí)擋光的時(shí)間．實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的擋光長(zhǎng)度d，用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量m；②用直尺測(cè)量A、B之間的距離s，A點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h1，B點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h2；③將滑塊從A點(diǎn)靜止釋放，由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t；④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時(shí)間的平均值eq\x\to(t)；⑤利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cosα；⑥多次改變斜面的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②③④⑤，作出Ff－cosα關(guān)系曲線．（1）用測(cè)量的物理量完成下列各式（重力加速度為g）；①斜面傾角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過(guò)光電門時(shí)的速度v＝________；③滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝______________；④滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦阻力Ff＝________；（2）測(cè)量滑塊擋光長(zhǎng)度的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖所示，讀得d＝________________．例9、【用頻閃照相法研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)】（2014·大綱全國(guó)·22）現(xiàn)用頻閃照相方法來(lái)研究物塊的變速運(yùn)動(dòng)．在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖所示．拍攝時(shí)頻閃頻率是10Hz，通過(guò)斜面上固定的刻度尺讀取的5個(gè)連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4．已知斜面頂端的高度h和斜面的長(zhǎng)度x．?dāng)?shù)據(jù)如下表所示．重力加速度大小g＝9.80m/s2．單位：cmx1x2x3x4hx10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：（1）物塊的加速度a＝__________m/s2（保留3位有效數(shù)字）（2）因?yàn)?，可知斜面是粗糙的．?0、【用滴水法研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)】某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測(cè)量一小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴（以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn)）；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開．圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是x01＝1.40cm，x12＝2.15cm，x23＝2.91cm，x34＝3.65cm，x45＝4.41cm，x56＝5.15cm.試問：（1）滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的______________原理類似．（2）由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4＝________m/s，小車的加速度a＝________m/s2．（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）【能力展示】【小試牛刀】1、如圖所示是“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，加速度大小用a表示。（1）OD間的距離為________cm。（2）如圖是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的x-t2圖線（x為各計(jì)數(shù)點(diǎn)至同一起點(diǎn)的距離），斜率表示________，其大小為________m/s2（保留三位有效數(shù)字）。2、某同學(xué)在研究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，獲得一條點(diǎn)跡清楚的紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02秒打一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，該同學(xué)選擇ABCDEF六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，對(duì)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果記錄在圖中，單位是cm。（計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）（1）在打下D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度為m/s（2）小車的加速度為m/s21.501.503.325.467.9210.70ABCDEF···········3．光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接受裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來(lái)?，F(xiàn)利用圖（b）所示的裝置測(cè)量滑塊和長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長(zhǎng)木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長(zhǎng)木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，長(zhǎng)木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長(zhǎng)木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.0×10－2s和4.0×10－3s．用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度為d，其示數(shù)如圖（c）所示．（1）滑塊的寬度d＝________cm。（2）滑塊通過(guò)光電門1時(shí)的速度v1＝_____m/s，滑塊通過(guò)光電門2時(shí)的速度v2＝_____m/s．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（3）由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過(guò)光電門1和2時(shí)的，要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值，可將________的寬度減小一些．4．某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖（a）所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。（已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴）圖(a)圖(b)（1）由圖（b）可知，小車在桌面上是____________（填“從右向左”或“從左向右”）運(yùn)動(dòng)的。（2）該小組同學(xué)根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖（b）中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為___________m/s，加速度大小為____________m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）【大顯身手】5．如圖所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測(cè)量重力加速度．（1）所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需____（填字母代號(hào)）中的器材．A．直流電源、天平及砝碼B．直流電源、毫米刻度尺C．交流電源、天平及砝碼D．交流電源、毫米刻度尺（2）通過(guò)作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度．為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象外，還可作圖象，其縱軸表示的是，橫軸表示的是________．6．某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f＝50Hz.在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．因保存不當(dāng)，紙帶被污染．如圖所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：xA＝16.6mm、xB＝126.5mm、xD＝624.5mm．若無(wú)法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知：（1）相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為________s；（2）打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為__________m/s（取2位有效數(shù)字）；（3）物體的加速度大小為（用xA、xB、xD和f表示）．7．某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng)，重物落地后，物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上（尚未到達(dá)滑輪處）．從紙帶上便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50Hz．（1）通過(guò)分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)________和________之間某時(shí)刻開始減速．（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s，計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s。（保留三位有效數(shù)字，下同）（3）物塊減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度的大小為a＝________m/s2，若用eq\f(a,g)來(lái)計(jì)算物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)（g為重力加速度），則計(jì)