实验4 测定匀变速直线运动的加速度

实验4 测定匀变速直线运动的加速度 1．实验小组同学在做“测定匀变速直线运动加速度”的实验，装置如图所示：    （1）图中的打点计时器使用的电源电压为交流 V； （2）电源的频率为50赫兹，实验中得到的纸带如下图所示，图中的点为计数点，在每两个相邻的计数点间还有4个点没有画出，则打下A点到E点的时间间隔为 s；打下B点时，物体的瞬时速度为 m/s；物体运动的加速度为 m/s2（后两空结果保留两位有效数字）。 （3）若实验过程中电源的频率突然变大了，而同学们不知道，则实验的求出的加速度与正常情况相比 。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）    2．在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用电火花打点计时器记录纸带运动的时间。计时器所用电源的频率为50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0 点的距离如图所示（单位：cm）。 （1）关于实验以下操作正确的是 A．先打开电源， 再释放纸带             B．先释放纸带， 再打开电源 C．该实验要采用8V 的交流电            D．该实验要采用 220V的交流电 （2）由纸带数据可得计数点4 所代表时刻的瞬时速度大小v4= m/s，高效率利用数据， 得到小车的加速度大小a= m/s2。（结果均保留两位有效数字） （3）若交流电的频率变为51 Hz而未被发觉，则测得的小车的速度值与真实值比较将偏 （选填“大”或“小”）。 3．在探究小车速度随时间变化规律的实验中： （1）甲同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了一条较为理想的纸带。已在纸带上每个计时点取好了一个计数点，依打点先后编为、、、、、。由于不小心，纸带被撕断了，如图所示。请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答：从纸带A上撕下的那段应该是B、C、D三段纸带中的 。（填字母） （2）乙同学得到一条纸带，如图所示，将纸带沿计数点剪断得到段纸带，由短到长并排贴在坐标中，各段紧靠但不重叠。最后将各纸带上端中心点连起来可得到一条直线，如图。 乙同学认为，若用横轴表示时间，纸带宽度表示相邻计数点时间间隔，纵轴表示相邻计数点距离、、、、、，则所连直线的斜率表示 填字母。 A．各计数周期内的位移 各计数点的瞬时速度 C．纸带运动的加速度 相邻计数点的瞬时速度的变化 （3）丙同学得到纸带后测量了段位移，依次为，每段位移对应的打点时间间隔为。他用逐差法计算加速度时舍弃中间的数据，则他的计算公式应为 用表示） 4．在用电火花打点计时器“测定匀变速直线运动的加速度”实验中： （1）电火花打点计时器是记录做直线运动物体的 和 的仪器，其工作电压是 ，电火花计时器靠电火花和墨粉打点，当交流电的频为50Hz时，它每隔 秒打一次点。所用实验器材除电火花打点计时器（含纸带）、小车、一端带有滑轮的长木板、绳、钩码、外，在下面的器材中，必须使用还有 （填选项代号）。 A．直流电源    B．刻度尺    C．停表    D．天平 （2）小明同学将打点计时器接到频率为50Hz交流电源上，实验时得到一条纸带（纸带做匀加速直线运动），纸带上O、A、B、C、D、E为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出。由纸带可知，打C点时小车的速度大小 m/s（结果保留三位有效数字），小车的加速度大小 。（结果保留三位有效数字） （3）若实验时，电源频率略高于50Hz，但该同学仍按50Hz计算小车的速度，则测量得到的小车速度与真实速度相比将 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 5．（1）在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，实验室提供了以下器材：电火花打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、秒表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是 。 （2）电磁打点计时器是一种使用 （填“交流”或“直流”）电源的仪器。当所接电源率是时，它隔 s打一次点。 （3）接通电源与释放纸带，让纸带（随小车）开始运动，操作正确的是 。 A．先接通电源，后释放纸带   B．先释放纸带，后接通电源 C．释放纸带的同时接通电源   D．先接通电源或先释放纸带都可以 （4）如图1所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的条清晰纸带，打点计时器打点的时间间隔，将纸带上每隔四个点（图上没画出）按打点顺序依次标为A、B、C…，其中。下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度。 位置 B C D E F 速度/（） 0.737 0.801 0.928 0.994    （5）以A点为计时起点，在图2坐标图中画出小车的速度-时间关系图线 。（画在答卷上）    （6）根据你画出的小车的速度-时间关系图线计算出的小车的加速度 。方向是 （填A→B，或B→A） 6．用如图甲所示实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”，用打点周期为T=0.02s的计时器记录小车做匀变速直线运动的纸带如图乙所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着有最小分度为毫米的刻度尺，零刻度线跟“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、。    （1）读出距离：； cm，=12.00cm； （2）关于“测定匀变速直线运动的加速度”这一实验，下列说法正确的是 。 A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B．在释放小车前，小车应靠近打点计时器 C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后在释放小车 D．打点计时器应接在低压直流电源上 （3）计算小车通过计数点“2”的瞬时速度表达式 （用题中字母表示），算出结果为 m/s； （4）如果当时电网中交变电流的频率稍有减小，频率从50Hz变成了40Hz，而做实验的同学并不知道。仍按照50Hz进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比 （选填：“偏大”、“偏小”或“不变”） 7．在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中： （1）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，在下面的仪器和器材中，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．刻度尺 D．秒表 E.天平 （2）实验过程中，下列做法正确的是 。 A．先接通电源，再使纸带运动 B．先使纸带运动，再接通电源 C．接通电源前将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．接通电源前将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 （3）如图所示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有4个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共7个计数点，测出1、2、3、4、5、6 点到0点的距离，如图所示（单位：cm）。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小 m/s，小车的加速度大小为 。（结果均保留三位有效数字）    8．某实验小组同学利用电磁打点计时器做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验。装置如图甲所示，在调整好仪器后，正确操作得到点迹清晰的纸带。    （1）关于该实验，下列说法中正确的是 。 A．调节定滑轮的高度使细线与长木板平行 B．释放小车前，应让小车靠近定滑轮 C．接通电源的同时，释放小车 D．用刻度尺测量纸带上两点间距离时，必须移动刻度尺分别测量每段长度 （2）如图乙所示是某同学一次实验得到小车运动情况的纸带，他进行如下数据处理：在纸带上连续选取六个计时点A、B、C、D、E、F并测得A、C两点间的距离为x1，B、D两点间的距离为x2，已知打点计时器所用的交流电源的频率为f，则打点计时器在纸带上打下B点时小车运动的瞬时速度大小vB＝ ，小车运动的加速度a＝ 。    （3）如图丙、丁所示是两位同学用同一组实验数据，分别作出的小车运动图像，你认为作图正确的是 。    9．某实验小组的同学利用如下装置做“测定匀变速直线运动加速度”的实验。    （1）实验中，将长木板垫起一个倾斜角度以平衡摩擦是必须的步骤吗？ （填“是”或“不是”）。 （2）已知实验中使用的交流电的频率为，下面是打出的一条清晰的纸带，相邻计数点之间有四个点没有画出，如果舍掉位移较小的，则计算实验小车加速度的表达式为 。    （3）如果实验时所用交流电的频率比理论值偏大，则加速度的测量值与实际值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”） （4）实验小组的小明同学按照《物理》必修一课后题中提到的方法，从每个计数点处将纸带剪开分成五段贴到坐标纸上，沿下端各计数点连线作横轴，沿段左侧作纵轴，上端各计数点（纸带宽度的中点）能够拟合成一条倾斜直线，如图所示，说明实验小车做 运动，若用纵轴表示，纸带宽度表示 （用题中所给物理量符号写出表达式），则倾斜直线的斜率就表示纸带运动的加速度。    10．（1）甲同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度： ①电磁打点计时器是一种使用 （填入正确选项前的字母）的计时仪器。 A．220V交流电源    B．8V交流电源    C．220V直流电源    D．8V直流电源 ②使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序，应该是 。 A．释放纸带的同时接通电源       B．哪个先、哪个后都可以 C．先接通电源，后释放纸带       D．先释放纸带，后接通电源 ③某同学利用如图所示的装置研究匀变速直线运动，请你指出图中装置存在的两处错误 、 。 ④该同学在研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时器打出了一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，OE间的距离为 cm。 （2）乙同学在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s，则打D点时小车运动的速度vD= m/s，小车运动的加速度a= m/s2。（结果均要求保留两位有效数字） 参考答案： 1． 220 0.4 0.16 0.81 偏小 【详解】（1）[1]图中的打点计时器为电火花打点计时器，接入工作电压为220V，频率为50Hz的交流电源； （2）[2] 每两个相邻的计数点间还有4个点没有画出，则打下A点到E点的时间间隔为 [3] 打下B点时，物体的瞬时速度为 [4] 物体运动的加速度为 （3）[5] 实验过程中电源的频率突然变大了，那么实际打点周期变小，根据运动学公式 得真实位移差偏小，所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小。 2． AD/DA 0.84 2.0 小 【详解】（1）[1]AB．打点计时器的使用方法是先接通电源，后释放纸带，A正确，B错误； CD．电火花打点计时器使用交流220V电源，C错误，D正确。 故选AD。 （2）[2] [3] 相邻两计数点间的距离分别为，，，，，计数点4 所代表时刻的瞬时速度大小 根据逐差法，求得加速度为 （3）[4] 交流电的频率变为51 Hz，表示电源实际频率变大，测量值小于真实值，周期T的测量值大于真实值，所以小车速度的测量值小于真实值。 3． C D 【详解】（1）[1]由连续相邻相等时间间隔的位移差 得 由于 有 则 故选C。 （2）[2]若用横轴表示时间，纸带宽度表示相邻计数点时间间隔，纵轴表示相邻计数点距离，则直线的斜率为 所以其直线斜率表示瞬时速度的变化。 故选D。 （3）[3]由于 有 ， 所以 4． 时间 位移 220V B 偏小 【详解】（1）[1] [2] [3] [4] 电火花打点计时器是记录做直线运动物体的时间和位移的仪器，其工作电压是220V。由 可知，它每隔0.02秒打一次点。 [5] A．电火花计时器需要220V交流电源，不需要直流电源。故A错误； B．需要刻度尺测量计数点间的距离。故B正确； C．该实验不需要停表测时间，故C错误； D．该实验不需要天平测质量，故D错误。 故选B。 （2）[6] 中间时间的瞬时速度等于这一段的平均速度 [7] 加速度 （3）[8] 由于 ， 故测量的T值偏大，小车的速度 速度测量值偏小。 5． 秒表和弹簧测力计 交流 0.02 A 0.864    0.64 A→B 【详解】（1）[1]其中在本实验中不需要的器材是秒表和弹簧测力计； （2）[2][3]电磁打点计时器是一种使用交流电源的仪器。当所接电源率是时，它隔0.02s打一次点。 （3）[4]实验时要先接通电源，后释放纸带，让纸带（随小车）开始运动，故选A； （4）[5]打点计时器打下D点时小车的瞬时速度 （5）[6]以A点为计时起点，在图中画出小车的速度-时间关系图线如图：    （6）[7][8]小车的加速度 方向是A→B。 6． 5.40 BC#CB 0.21 偏大 【详解】（1）[1]图中可知刻度尺最小分度值为，则 （2）[2]A．长木板不能倾向倾斜，但是可以一端高一端低，保证小车匀加速运动，故A错误； B．在释放小车前，小车应靠近打点计时器，以充分利用纸带，故B正确； C．应接通电源，待稳定后 释放小车，故C正确； D．电火花计时器应接220V，故D错误。 故选BC。 （3）[3][4] 小车通过计数点“2”的瞬时速度表达式 计算结果为 （4）交变电流的频率稍有减小，频率从50Hz变成了40Hz，而做实验的同学并不知道。仍按照50Hz进行数据处理，代入的打点间隔偏小，会导致结果偏大。 7． AC AD 0.405 0.756 【详解】（1）[1] 测定匀变速直线运动加速度的实验器材中，打点计时器需要接交流电源，刻度尺测量位移，不需要秒表测时间，也不需要天平秤质量，故需要的器材选AC。 （2）[2]AB．打点计时器启动的瞬间打点不稳定，故应先先接通电源，再使纸带运动，故A正确，B错误； CD．为了能够让纸带多打点，则应接通电源前将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，故C错误，D正确。 故选AD。 （3）[3] 纸带上每相邻的两计数点间都有4个点未画出，则计数点间的时间为 根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，有 [4]由匀变速直线运动的判别式，结合六段连续的位移由逐差法可得加速度为 8． A 丙 【详解】（1）[1]A．为了保证小车的细线拉力恒定不变，应调节定滑轮的高度使细线与长木板平行，故A正确； B．为了充分利用纸带，释放小车前，应让小车靠近打点计时器，故B错误； C．应接通电源，待打点稳定后再释放小车，故C错误； D．用刻度尺测量纸带上两点间距离时，读出各点位置对应读数进行计算，如果移动刻度尺分别测量每段长度会增大测量误差，故D错误。 故选A。 （2）[2]根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打点计时器在纸带上打下B点时小车运动的瞬时速度大小为 [3]在纸带上打下C点时小车运动的瞬时速度大小为 则小车运动的加速度为 （3）[4]作图中应使大部分点落在同一直线上或均匀分布在直线的两侧，偏离较大的点舍去，所以作图正确的是丙。 9． 不是 偏小 匀加速直线 【详解】（1）[1]测定匀变速直线运动加速度实验中不需要平衡摩擦力，只需要保证小车做匀变速直线运动即可，则将长木板垫起一个倾斜角度以平衡摩擦不是必须的步骤。 （2）[2]交流电的频率为，相邻计数点之间有四个点没有画出，则相邻记数点间的时间间隔为 由逐差法有 整理可得 （3）[3]根据题意，由（2）分析可知，若实验时所用交流电的频率比理论值偏大，则加速度的测量值与实际值相比偏小。 （4）[4][5]根据题意，若用纵轴表示，由逐差法有 可知，纸带宽度表示 若上端各计数点能够拟合成一条倾斜直线，则不变，说明实验小车做匀加速直线运动。 10． B C 细线与长木板不平行 小车未置于靠近打点计时器处 1.80 0.56 0.81 【详解】（1）[1]电磁打点计时器所使用的电源为8V的交流电源。 故选B。 [2]在使用电磁打点计时器时，应先接通电源，再释放纸带。 故选C。 [3] [4]在安装实验仪器时，应保证细线与长木板不平行，且在释放小车时小车应置于靠近打点计时器处。 [5]图中OE间的距离为1.80cm。 （2）[6]根据匀变速直线运动的推论可得 [7]根据逐差法可得小车运动的加速度为 第1页 学科网（北京）股份有限公司 $$