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2019年高考物理 大題精做 專題01 實驗：研究勻變速直線運動 1．（xx北京卷）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、v5…… d．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圖象。 （3）觀察v–t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是___________。v–t圖象斜率的物理意義是______________________。 （4）描繪v–t圖象前，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Δt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Δx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_____________________。 【解析】（1）打點計時器需用交流電源；為了計算速度需要利用刻度尺測量長度。故需要的儀器選AC； （2）利用所給點跡描點連線，得圖象 其中C點的橫坐標(biāo)為3T，縱坐標(biāo)為； （3）結(jié)合圖象可以看出小球速度隨時間均勻變化，所以小球做勻加速運動，圖象的斜率代表了運動時 2．（xx新課標(biāo)全國Ⅰ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(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)果均保留兩位有效數(shù)字） 【答案】（1）從右向左 （2）0.19 0.037 3．（xx新課標(biāo)全國Ⅱ卷）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： ①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； ②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； ③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； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥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)果保留三位有效數(shù)字） 【答案】（1） （2）52.1 16.6（15.8~16.8） 4．（xx天津卷）某同學(xué)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(jié)果均保留兩位有效數(shù)字） 【答案】（1）AB （2）0.80 0.40 【解析】（1）實驗時，細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，選項B正確；此實驗中沒必要使小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；此實驗中不需平衡小車與長木板間的摩擦力，選項D錯誤。 （2）兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1 s；由逐差法可得a==0.80 m/s2，打點計時器在打B點時小車的速度vB==0.40 m/s。 5．（xx海南卷）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(xué)認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/s2。（保留兩位有效數(shù)字） 【答案】（1）0.56 0.96 （2）2.0 6．（xx山東省濟南市外國語學(xué)校）某同學(xué)用打點計時器(打點周期為0.02 s)研究物塊做直線運動的規(guī)律，得到一條紙帶，他在紙帶上按打點的先后順序取O、A、B、C…F等若干個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點)，相鄰計數(shù)點的時間間隔用t表示，各計數(shù)點間的距離如圖所示。則： (1)時間間隔t為_________(填“A”或“B”)； A．0.02 s B．0.1 s (2)OF段表示物塊做________運動(填“A”或“B”)； A．加速 B．減速 (3)在紙帶上打出B點時，物塊的速度可表示為________(填“A”或“B”)。 A． B． 【答案】（1）B （2）A （3）B 7．（xx甘肅省武威市民勤縣第三中學(xué)）如圖是某同學(xué)測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出來，則相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔是T=______________，圖上注明了他對各計數(shù)點間距離的測量結(jié)果。（電源頻率為50 Hz，所有計算結(jié)果保留兩位小數(shù)） （1）為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行下列計算，填入表內(nèi)(單位：cm) s2–s1 s3–s2 s4–s3 s5–s4 s6–s5 平均值 1.60 1.55 1.62 1.53 1.61 1.58 由此可以得出結(jié)論：在__________________________范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)相鄰的位移之差相等，所以小車的運動是_______________________。 （2）利用s2和s1，求加速度的公式為a=______________，加速度大小為______________ m/s2。 （3）利用逐差法，根據(jù)an–3=，可求出加速度的平均值，=_________m/s2； （4）求A點的瞬時速度公式為vA=______________，速度大小為______________m/s。 【答案】0.1 （1）誤差允許 勻加速直線運動 （2） 1.60 m/s2 （3）1.58 m/s2 （4） 0.36 m/s 【解析】相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔是T=50.02 s=0.1 s； （1）由此可以得出結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)相鄰的位移之差相等，所以小車的運動是勻加速直線運動； 8．（xx山東省臨沂市第十九中學(xué)）甲、乙兩同學(xué)利用打點計時器所記錄的紙帶來研究做勻變速直線運動小車的運動情況。 （1）甲同學(xué)實驗裝置如圖（a）所示，打點計時器的工作頻率為50 Hz。紙帶上計數(shù)點的間距如圖（b）所示，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。則： ①部分實驗步驟如下： A．測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶 B．接通電源，打點計時器工作 C．放開小車 D．將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連 E．把打點計時器固定在夾板上，讓紙帶穿過限位孔 上述實驗步驟的正確順序是：________________（用字母填寫）。 ②圖（b）中打A點時小車運動的速度vA=__________m/s。 ③圖（b）中小車運動的加速度a=____________m/s2。 ④若電源頻率低于50赫茲時，仍按相鄰兩個計數(shù)點時間間隔為0.10 s計算，則測出小車的加速度__________（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。 （2）乙同學(xué)“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶如圖（c）所示，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點。加速度大小用a表示。圖（d）是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的x–t2圖線（x為各計數(shù)點至同一起點的距離），斜率表示__________(用a表示)，其大小為___________m/s2（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）。 【答案】（1）EDBCA 0.34 0.39 偏大 （2） 0.47 【解析】（1）①先連接實驗器材，后穿紙帶，再連接小車，最后打點并選擇紙帶進行數(shù)據(jù)處理；故答案為：EDBCA； ②打點計時器的工作頻率為50 Hz，每隔0.02 s打一次電，每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出，共5 個0.02 s，故T=0.1 s； 就會偏小，所以測量的加速度值與真實的加速度值相比是偏大； （2）由圖象及題意可知，物體做初速度為零的勻變速直線運動，則，所以x?t2圖象的斜率，由圖象可知。 9．（xx廣東省中山一中）在《利用電磁打點計時器研究勻變速直線運動》的實驗中。 （1）下述器材中不需要的是_______(用代號表示)。 ①低壓交流電源； ②電火花打點計時器； ③秒表； ④小車； ⑤帶滑輪長木板； ⑥紙帶； ⑦天平； ⑧刻度尺 （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______________。 （3）如圖所示是某同學(xué)“研究物體做勻變速直線運動規(guī)律”實驗時得到的一條紙帶(實驗中打點計時器打點時間間隔T=0.02 s)，依照打點的先后順序取計數(shù)點為1、2、3、4、5、6、7，相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，測得：s1=1.42 cm，s2=1.91 cm，s3=2.40 cm，s4=2.91 cm，s5=3.43 cm，s6=3.92 cm。 a．打第3個計數(shù)點時紙帶的速度大小v3=__________m/s(保留兩位有效數(shù)字)； b．計算物體的加速度的文字表達式為____________________。 【答案】（1）③⑦ （2）CBDA （3）0.22 可得：，，，加速度的平均值為：。