课标通用2021高考物理一轮复习作业4实验一研究匀变速直线运动含解析

1作业4实验一研究匀变速直线运动-2-1.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起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的起始点下面记作0，往后第五个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离G．根据公式a1＝x4－x13T2、a2＝x5－x23T2、a3＝x6－x33T2及a＝a1＋a2＋a33，求出a.解析：在实验中应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，既要减小系统误差又要减小偶然误差．其中E项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源．答案：ABCDFG2．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图4－1所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表达正确的是()图4－1A．实验时应先放开纸带再接通电源B．(x6－x1)等于(x2－x1)的6倍C．从纸带可求出计数点B对应的速率D．相邻两计数点间的时间间隔为0.02s解析：实验时应先接通电源后放开纸带，选项A错误；根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2与xm－xn＝(m－n)aT2，可得：xm－xn＝(m－n)Δx，即：x6－x1＝5Δx，x2－x1＝Δx，选项B错误；相邻两计数点间还有四个点未画出，所以相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1s，-3-根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得vB＝x2＋x32T，选项C正确，D错误．答案：C3．(福州质检)某同学利用打点计时器测量福州的重力加速度，某次实验得到的一段纸带如图4－2所示，O、A、B、C、D为相邻的五个点，测得OA＝5.5mm、OB＝14.9mm、OC＝28.3mm、OD＝45.2mm，打下相邻两个点间的时间间隔为0.02s.图4－2(1)用逐差法算出福州的重力加速度g＝______m/s2.(结果保留三位有效数字)(2)通过查阅资料发现福州的重力加速度标准值为9.79m/s2，比较(1)的结果发现两者并不相等，除了读数误差外，你认为产生误差的其他主要原因可能是____________________．(只要求写出一种原因)解析：(1)由逐差法可得：g＝OD－2OB4T2≈9.63m/s2.(2)产生误差的其他原因有：纸带与限位孔之间有阻力或空气阻力．答案：(1)9.63(2)纸带与限位孔之间有阻力或空气阻力4．(安徽淮北六校联考)一个同学在研究小球自由落体运动时，用频闪照相机连续记录下小球的位置如图4－3所示．已知闪光周期为130s，测得x1＝7.68cm，x3＝12.00cm，用上述数据通过计算可得小球运动的加速度约为______m/s2，图中x2约为________________cm.(结果保留3位有效数字)图4－3解析：由x3－x1＝4aT2，T＝130s，可得：a＝（12.00－7.68）×10－24×1302m/s2＝9.72m/s2，由x3－x2＝x2－x1得x2＝x1＋x32＝9.84cm.答案：9.729.84-4-5．(兰州一中期中)做匀加速直线运动的小车，牵引一条穿过打点计时器的纸带，交流电源的频率是50Hz，每5个点取一个计数点，将纸带沿计数点所在位置剪开，左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，如图4－4所示．求：图4－4(1)在第—个0.1s内中间时刻的速度是________m/s(结果保留三位有效数字)．(2)小车运动的加速度是________m/s2(结果保留两位有效数字)．解析：本题意在考查考生对实验数据的处理能力．(1)根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，可知在第一个0.1s内中间时刻的速度为v＝0.02280.1m/s＝0.228m/s.图4－5(2)各段纸带的长度分别等于x＝vΔt，因为剪断的纸带所用的时间都是Δt＝0.1s，即时间Δt相等，所以纸带的长度之比等于纸带的平均速度之比，而纸带的平均速度等于这段纸带中间时刻的瞬时速度，所以纸带的长度之比等于各段纸带中间时刻的速度之比，如图4－5所示即相当于小车的速度－时间图象，则斜率大小对应加速度．横轴上每一纸带的宽度代表0.1s，故a＝ΔvΔt＝0.552－0.2280.55－0.05m/s2＝0.65m/s2.答案：(1)0.228(2)0.656．某校研究性学习小组的同学用如图4－6甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度．实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；然后撤去浅盘并同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动-5-规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开．图4－6乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01＝1.40cm，x12＝2.15cm，x23＝2.91cm，x34＝3.65cm，x45＝4.41cm，x56＝5.15cm.试问：图4－6(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的______原理类似．(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.(结果均保留两位有效数字)解析：(1)滴水计时器是每隔相同的时间滴一滴水滴，在白纸上留下点迹，记录时间和位移；课本上介绍的打点计时器是每隔相同的时间打下一个点，在纸带上留下点迹，记录时间和位移，因此滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器的原理类似．(2)可把小车的运动看作是匀变速直线运动，则v4＝v－35＝x34＋x452T＝（3.65＋4.41）×10－22×0.2m/s＝0.20m/s；求加速度利用逐差法，有a＝（x56＋x45＋x34）－（x23＋x12＋x01）9T2＝（5.15＋4.41＋3.65）－（2.91＋2.15＋1.40）9×0.22×10－2m/s2≈0.19m/s2.答案：(1)打点计时器(2)0.200.197．某同学用如图4－7甲所示的实验装置研究匀变速直线运动．图4－7实验步骤如下：A．安装好实验器材；B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次．选出一条点-6-迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；C．测出x1、x2、x3、…结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)，小车，一端附有滑轮的长木板，细绳，钩码，导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．秒表D．刻度尺E．天平F．重锤G．弹簧秤H．滑动变阻器(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图4－7乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是________．(3)如果小车做匀加速直线运动，测出前六段相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则小车的加速度a的表达式为：__________________________．解析：(2)因小车做匀加速直线运动，所似x3－x2＝x2－x1，c点为bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度，vc＝x2＋x310t.(3)小车加速度由逐差法求得：a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2其中T＝5t，则a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）225t2.答案：(1)AD(2)x3－x2＝x2－x1x2＋x310t(3)a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）225t28．某校科技小组在伽利略斜面实验思想的启发下，设计了如图4－8所示的装置，探究物体沿斜面下滑时是否做匀变速直线运动．图4－8-7-(1)实验时，让滑块从不同高度沿斜面由静止下滑，并同时打开水龙头的阀门，使水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀稳定的)．该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量____________的.(2)下表是该小组测得的有关数据，其中s为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，V为相应过程中量筒中收集的水量．分析表中数据，根据________________，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.次数1234567s/m4.53.93.02.11.50.90.3V/mL90847262524023.5sV25.6×10－45.5×10－45.8×10－45.5×10－45.6×10－45.6×10－45.4×10－4(3)本实验误差的主要来源有：距离测量的不准确，水从水箱中流出不够稳定，还可能来源于________________等．(写出一项即可)解析：(1)关于初速度为零的匀变速运动，位移和时间的二次方成正比，因为水是均匀稳定的流出，水的体积和时间成正比，所以量筒中收集的水量可以间接的测量时间．(2)验证该运动是否为匀变速直线运动，关键看位移与时间的二次方是否成正比，即看位移与体积的二次方是否成正比，所以根据sV2在误差允许的范围内是一常数，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论．(3)本实验的误差主要来源有：水从水箱中流出不够稳定、水量测量的不准确、距离s测量的不准确、滑块开始下滑(或停止下滑)和开始流水(停止流水)不同步等．答案：(1)时间(2)在实验误差允许的范围内，sV2是一常数(3)斜面摩擦不均匀、水量测量不准确、滑块开始下滑和开始流水不同步、滑块停止下滑和停止流水不同步等(答出其中一项即可)9．某同学利用图4－9甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图4－9乙所示．打点计时器电源的频率为50Hz.-8-图4－9(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点________和________之间某时刻开始减速．(2)计数点5对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为________m/s.(保留三位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝________m/s2，若用ag来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)．解析：本题主要考查纸带的数据处理问题．(1)由图得1－6点相邻位移差几乎都为2cm，但6－7点位移增量小于2cm.所以6、7间开始减速．(2)根据v5＝x462T可得v5＝（9.00＋11.01）×0.012×0.1m/s＝1.00m/s，同理可求得v4＝0.8005m/s，则v6＝v5＋(v5－v4)＝1.20m/s.(3)加速度的大小a＝（x78＋x89）－（x910＋x1011）（2T）2，可得a＝2.00m/s2，重物落地后，物块向前运动时除受摩擦力作用外，纸带和限位孔之间也存在摩擦力作用，即μmg＋F阻＝ma，μ＝ma－F阻mg，故利用μ＝ag