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研究匀变速运动基础知识1.实验器材：打点计时器：（1）电磁打点计时器电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，其工作电压小于6V，一般是46V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点。即一秒打50个点。（2）电火花打点计时器电火花打点计时器是利用火花放电在纸带上打出墨迹而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点。电火花计时器工作时，纸带运动所受到的阻力比较小，它比电磁打点计时器实验误差小。电火花打点原理：交流电的电源电压大小会周期性改变，当电压值达到较大时（一般认为是最大时），就会放出电火花，于是电火花会周期性出现，由于纸张不导电，所以不能将电火花吸引在纸面上，而作为导体的碳膜就起到了“引雷”的作用.，将印记“打”在纸带上。2.实验步骤（1）安装装置如图：（2）先接通电源，后松开纸带，打点计时器在纸带上打一系列点（3）处理纸带，求速度和加速度3.数据处理：计算速度和加速度如图，先计算各段位移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： 公式推导： =两式相加，得两式相减，得逐差法求加速度：设有6组数据：x1,x2,x3,x4,x5,x6., ,.=4.图象。描点法作图，图象的物理意义：斜率=加速度，“面积”法求位移。例如例题和习题1. 2019年高考全国1卷第22题（5分）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是 点，在打出C点时物块的速度大小为 m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为 m/s2（保留2位有效数字）。【答案】A 0.23 0.75【解析】因为速度是加速的，时间是相等的，所以相邻两点间距离是逐渐增大的，所以打点计时器最先打出的是A点；速度加速度2.用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F所示。c通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5d以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母)。A电压合适的50 Hz交流电源B电压可调的直流电源C刻度尺D秒表E天平(含砝码)（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_。v-t图像斜率的物理意义是_。（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”)。（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。【答案】（1）A C（2）如图所示（3）小车的速度随时间均匀变化 加速度（4）越小越好 有关（5）如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移xt2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。3.某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）（1）由图（b）可知，小车在桌面上是_（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2。（结果均保留2位有效数字）【解析】减速运动，T= 【答案】从右向左，0.19，0.0374. 某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度的之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下：如图（a），将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t；用s表示挡光片沿运动方向的长度（如图（b）所示），表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小，求出；将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤、；多次重复步骤利用实验中得到的数据作出-t图，如图（c）所示完成下列填空：（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和t的关系式为=。（2）由图（c）可求得vA=cm/s，a=cm/s2.（结果保留3位有效数字）【解析】，两边同除以，得 =+ 。斜率为，则【答案】（1） =+ （2）52.1 16.35.某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图（b）所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：（1）在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为_m/s。在打出D点时，物块的速度大小为_m/s；（保留两位有效数字）（2）物块的加速度大小为_m/s。（保留两位有效数字）【答案】（1）0.56 0.96；（2）2.0 【解析】（1）根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程的平均速度，,(2)根据题意，该同学认为物块的运动为匀加速运动，根据速度公式：,代入数据可得： 6.某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如题图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电（1）下列实验操作中，不正确的有_A将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源（2）该同学按照正确的步骤进行试验（记为“实验”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3.8，用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离，记录在纸带上，如题11-2图所示计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是_;磁铁受到阻尼作用的变化情况是_.（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为实验），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验是为了说明说明？对比实验和的结果得到什么结论？【答案】（1）CD（2）39.0 （3）逐渐增大到39.8 cm/ s 逐渐增大到等于重力（4）为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用.【解析】根据速度计算速度。【点评】本题考查打点计时器的应用及电磁阻尼实验，多考查对实验的分析。难度：容易。7.某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动实验中必要的措施是 A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力他实验时将打点计时器接到频率为50HZ的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）；s1=3.59cm；s2=4.41cm；s3=5.19cm；s4=5.97cm；s5=6.78cm；s6=7.64cm；则小车的加速度a= m/s2（要求充分利用测量数据），打点计时器在打B点时小车的速度vB= m/s；（结果均保留两位有效数字）【答案】AB 0.80 0.40【解析】实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A正确。实验时，要先接通电源，再释放小车，B正确。此实验没有必要使小车的质量远大于钩码的质量，C错误。此实验不需要平衡摩擦力，D错误。两点间的时间间隔T=0.1s，由逐差法可得加速度=0.80打点计时器在打B点时小车的速度8.某同学在用小车做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打出的若干纸带中选出了如图甲所示的一条（每两点间还有四个点没有画出来），上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50。 (1)计算出打下A、B、C、D、E点时小车的瞬时速度：，. (2)请在图乙中画出小车运动的图象，并根据图象求出该匀变速直线运动的加速度。【解析】根据公式，其中，得【答案】（1）见解析（2）如下图加速度9在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交变电流的频率为50，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点。相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有分度值为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填人下列表格中。计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为。小车的加速度是。【答案及解析】加速度 14
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