2020年高考物理 必考17個(gè)實(shí)驗(yàn)精講精練 專題02 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)（含解析）

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1、研究勻變速運(yùn)動(dòng) 基礎(chǔ)知識(shí) 1.實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器： （1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，其工作電壓小于6V，一般是4~6V，電源的頻率是50Hz，它每隔0.02s打一次點(diǎn)。即一秒打50個(gè)點(diǎn)。 （2）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出墨跡而顯示出點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器，使用220V交流電壓，當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，它每隔0.02s打一次點(diǎn)。電火花計(jì)時(shí)器工作時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)所受到的阻力比較小，它比電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)誤差小。電火花打點(diǎn)原理：交流電的電源電壓大小會(huì)周期性改變，當(dāng)電壓值達(dá)到較大時(shí)（一般認(rèn)為是最大時(shí)），就會(huì)放出電火花，于是電火花

2、會(huì)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(shí)驗(yàn)步驟 （1）安裝裝置如圖： （2）先接通電源，后松開紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打一系列點(diǎn) （3）處理紙帶，求速度和加速度 3.數(shù)據(jù)處理：計(jì)算速度和加速度 如圖，先計(jì)算各段位移 x1=0-1=1.20cm X2=1-2=3.15-1.20=1.95cm X3=2-3=5.85-3.15=2.70cm X4=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

3、求加速度：設(shè)有6組數(shù)據(jù)：x1,x2,x3,x4,x5,x6. , ,. = 4.圖象。描點(diǎn)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(guó)1卷第22題．（5分） 某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出。在ABCDE五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是 點(diǎn)，在打出C點(diǎn)時(shí)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

4、 m/s2（保留2位有效數(shù)字）。 【答案】A 0.23 0.75 【解析】因?yàn)樗俣仁羌铀俚?，時(shí)間是相等的，所以相鄰兩點(diǎn)間距離是逐漸增大的，所以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是A點(diǎn)； 速度 加速度 2.用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材。接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次。 b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O（t=0），然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。 c．通過測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1

5、、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示。 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)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(xiàng)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(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是__________。v-t圖像斜率的物理意義是_

6、_____________________。 （4）描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)△t的要求是______（選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的△x大小與速度測(cè)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(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖4所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想。請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。 【答案】（1）A C （2）

7、如圖所示 （3）小車的速度隨時(shí)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x∝t2。因此，只要測(cè)量小球通過不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)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(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30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴） （1）由圖（b）可知，小車在桌面上是______

8、______（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） 【解析】減速運(yùn)動(dòng)， T= 【答案】從右向左，0.19，0.037 4. 某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度的之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。 實(shí)驗(yàn)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?duì)于斜面

9、的位置，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(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間?t； ③用?s表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度（如圖（b）所示），表示滑塊在擋光片遮住光線的?t時(shí)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(shí)驗(yàn)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(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)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/

10、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 16.3 5.某同學(xué)利用圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊速度隨時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50Hz。紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在物塊上。啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖（b）所示(圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認(rèn)為物塊的運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)。回答下列問題： （1）在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出

11、B點(diǎn)時(shí)，物塊的速度大小為____m/s。在打出D點(diǎn)時(shí)，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(yùn)動(dòng)中中間時(shí)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(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)，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(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如題圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電 （1）下列實(shí)驗(yàn)操作中，不正確的有________ A．將銅管豎直地固定在

12、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(shí)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 （2）該同學(xué)按照正確的步驟進(jìn)行試驗(yàn)（記為“實(shí)驗(yàn)①”），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(diǎn)為O點(diǎn)，每隔一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為1、2、3…….8，用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，記錄在紙帶上，如題11-2圖所示 計(jì)算相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度，粗略地表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，抄入下表，請(qǐng)將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整 （3）分析上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時(shí)間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度的變化情況是____

13、____;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(shí)驗(yàn)操作（記為實(shí)驗(yàn)②），結(jié)果表明磁鐵下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾乎相同，請(qǐng)問實(shí)驗(yàn)②是為了說明說明？對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和②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(jì)算速度。【點(diǎn)評(píng)】本題考查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的應(yīng)用及電磁阻尼實(shí)驗(yàn)，多考查對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析。難度：容易。 7.某同學(xué)利用圖

14、示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng) ①實(shí)驗(yàn)中必要的措施是 A.細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行 B.先接通電源再釋放小車 C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量 D.平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力 ②他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，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(cè)量數(shù)據(jù)），打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB= m/s；（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字

15、） 【答案】①AB ②0.80 0.40 【解析】①實(shí)驗(yàn)時(shí)，細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行，以減小實(shí)驗(yàn)的誤差，選項(xiàng)A正確。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，要先接通電源，再釋放小車，B正確。此實(shí)驗(yàn)沒有必要使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，C錯(cuò)誤。此實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力，D錯(cuò)誤。 ②兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s，由逐差法可得加速度=0.80 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度 8.某同學(xué)在用小車做“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)時(shí)，從打出的若干紙帶中選出了如圖甲所示的一條（每?jī)牲c(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出來），上部的數(shù)字為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50。 (1)計(jì)算出打下A、B、C、D、

16、E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度：，，，，. (2)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出小車運(yùn)動(dòng)的圖象，并根據(jù)圖象求出該勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。 【解析】 根據(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(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電流的頻率為50，記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5的6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，紙帶旁并排放著帶有分度值為毫米的刻度尺，零點(diǎn)跟“0”計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，由圖可以讀出三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、3、5跟0點(diǎn)的距離填人下列表格中。 計(jì)算小車通過計(jì)數(shù)點(diǎn)“2”的瞬時(shí)速度為。小車的加速度是。 【答案及解析】 加速度 14