2020年高考物理 必考17個實驗精講精練 專題02 研究勻變速直線運動（含解析）

研究勻變速運動基礎(chǔ)知識1.實驗器材：打點計時器：（1）電磁打點計時器電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，其工作電壓小于6V，一般是46V，電源的頻率是50Hz，它每隔0.02s打一次點。即一秒打50個點。（2）電火花打點計時器電火花打點計時器是利用火花放電在紙帶上打出墨跡而顯示出點跡的計時儀器，使用220V交流電壓，當(dāng)頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點。電火花計時器工作時，紙帶運動所受到的阻力比較小，它比電磁打點計時器實驗誤差小。電火花打點原理：交流電的電源電壓大小會周期性改變，當(dāng)電壓值達到較大時（一般認(rèn)為是最大時），就會放出電火花，于是電火花會周期性出現(xiàn)，由于紙張不導(dǎo)電，所以不能將電火花吸引在紙面上，而作為導(dǎo)體的碳膜就起到了“引雷”的作用.，將印記“打”在紙帶上。2.實驗步驟（1）安裝裝置如圖：（2）先接通電源，后松開紙帶，打點計時器在紙帶上打一系列點（3）處理紙帶，求速度和加速度3.數(shù)據(jù)處理：計算速度和加速度如圖，先計算各段位移x1=0-1=1.20cmX2=1-2=3.15-1.20=1.95cmX3=2-3=5.85-3.15=2.70cmX4=3-4=9.30-5.85=3.45cm求速度：公式，求加速度： 公式推導(dǎo)： =兩式相加，得兩式相減，得逐差法求加速度：設(shè)有6組數(shù)據(jù)：x1,x2,x3,x4,x5,x6., ,.=4.圖象。描點法作圖，圖象的物理意義：斜率=加速度，“面積”法求位移。例如例題和習(xí)題1. 2019年高考全國1卷第22題（5分）某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行研究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz，紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在ABCDE五個點中，打點計時器最先打出的是 點，在打出C點時物塊的速度大小為 m/s（保留3位有效數(shù)字）；物塊下滑的加速度大小為 m/s2（保留2位有效數(shù)字）。【答案】A 0.23 0.75【解析】因為速度是加速的，時間是相等的，所以相鄰兩點間距離是逐漸增大的，所以打點計時器最先打出的是A點；速度加速度2.用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。主要實驗步驟如下：a安裝好實驗器材。接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次。b選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O（t=0），然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F所示。c通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5d以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖3所示。結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：（1）在下列儀器和器材中，還需要使用的有_和_(填選項前的字母)。A電壓合適的50 Hz交流電源B電壓可調(diào)的直流電源C刻度尺D秒表E天平(含砝碼)（2）在圖3中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v-t圖像。（3）觀察v-t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是_。v-t圖像斜率的物理意義是_。（4）描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對t的要求是_（選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的x大小與速度測量的誤差_(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。（5）早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次，驗證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。【答案】（1）A C（2）如圖所示（3）小車的速度隨時間均勻變化 加速度（4）越小越好 有關(guān)（5）如果小球的初速度為0，其速度，那么它通過的位移xt2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。3.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(xué)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(jié)果均保留2位有效數(shù)字）【解析】減速運動，T= 【答案】從右向左，0.19，0.0374. 某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度的之間的關(guān)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(dāng)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(fù)步驟、；多次重復(fù)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(guān)系式為=。（2）由圖（c）可求得vA=cm/s，a=cm/s2.（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【解析】，兩邊同除以，得 =+ 。斜率為，則【答案】（1） =+ （2）52.1 16.35.某同學(xué)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(xì)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50Hz。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(xué)認(rèn)為物塊的運動為勻加速運動。回答下列問題：（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/s。（保留兩位有效數(shù)字）【答案】（1）0.56 0.96；（2）2.0 【解析】（1）根據(jù)勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程的平均速度，,(2)根據(jù)題意，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運動為勻加速運動，根據(jù)速度公式：,代入數(shù)據(jù)可得： 6.某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律，實驗裝置如題圖所示，打點計時器的電源為50Hz的交流電（1）下列實驗操作中，不正確的有_A將銅管豎直地固定在限位孔的正下方B紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面C用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落D在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源（2）該同學(xué)按照正確的步驟進行試驗（記為“實驗”），將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標(biāo)為1、2、3.8，用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如題11-2圖所示計算相鄰計時點間的平均速度，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表，請將表中的數(shù)據(jù)補充完整（3）分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是_;磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_.（4）該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實驗操作（記為實驗），結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同，請問實驗是為了說明說明？對比實驗和的結(jié)果得到什么結(jié)論？【答案】（1）CD（2）39.0 （3）逐漸增大到39.8 cm/ s 逐漸增大到等于重力（4）為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用.【解析】根據(jù)速度計算速度。【點評】本題考查打點計時器的應(yīng)用及電磁阻尼實驗，多考查對實驗的分析。難度：容易。7.某同學(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動實驗中必要的措施是 A.細(xì)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他實驗時將打點計時器接到頻率為50HZ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=3.59cm；s2=4.41cm；s3=5.19cm；s4=5.97cm；s5=6.78cm；s6=7.64cm；則小車的加速度a= m/s2（要求充分利用測量數(shù)據(jù)），打點計時器在打B點時小車的速度vB= m/s；（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）【答案】AB 0.80 0.40【解析】實驗時，細(xì)線必須與長木板平行，以減小實驗的誤差，選項A正確。實驗時，要先接通電源，再釋放小車，B正確。此實驗沒有必要使小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，C錯誤。此實驗不需要平衡摩擦力，D錯誤。兩點間的時間間隔T=0.1s，由逐差法可得加速度=0.80打點計時器在打B點時小車的速度8.某同學(xué)在用小車做“測定勻變速直線運動的加速度”實驗時，從打出的若干紙帶中選出了如圖甲所示的一條（每兩點間還有四個點沒有畫出來），上部的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離。打點計時器的電源頻率為50。 (1)計算出打下A、B、C、D、E點時小車的瞬時速度：，. (2)請在圖乙中畫出小車運動的圖象，并根據(jù)圖象求出該勻變速直線運動的加速度?！窘馕觥扛鶕?jù)公式，其中，得【答案】（1）見解析（2）如下圖加速度9在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，打點計時器使用的交變電流的頻率為50，記錄小車運動的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5的6個計數(shù)點。相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出，紙帶旁并排放著帶有分度值為毫米的刻度尺，零點跟“0”計數(shù)點對齊，由圖可以讀出三個計數(shù)點1、3、5跟0點的距離填人下列表格中。計算小車通過計數(shù)點“2”的瞬時速度為。小車的加速度是。【答案及解析】加速度 14