实验6 研究自由落体运动的规律

实验6 研究自由落体运动的规律 1．如图是暗室中拍摄的做自由落体运动的白色小球的频闪照片。 （1）图中的白色圆圈 （选涂：A．是，B．不是）质点。 （2）为了能够顺利研究自由落体运动的规律，该小球最好采用 。 A．小木球    B．小塑料球    C．小钢球    D．小泡沫球 （3）考虑到空气阻力的影响，由该图计算得到的重力加速度 （选涂：A．大于，B．等于，C．小于）实际值。 （4）图中、、之间的距离分别为、、，频闪的时间间隔为，不计空气阻力，则下列说法正确的是 。 A．满足关系    B．满足关系 C．点的瞬时速度为    D．、、三点速度满足 2．某实验小组用如图甲所示的实验装置来研究自由落体运动的规律。 （1）下列关于本实验的说法正确的是 。 A．如果将打点计时器连接的电源改为直流电源，打点计时器仍能正常工作 B．纸带运动的速度大小会影响打点计时器的打点时间间隔 C．实验时应先启动打点计时器，再松手释放纸带 D．实验时选用的重物应是质量小、体积大的物体 （2）某同学按照正确的操作完成实验后，得到的纸带如图乙所示，其中纸带上的A、B、C、D、E为连续的5个计时点，各点到O点的距离分别为、、、、，A点到O点间有部分点未画出。已知打点计时器的打点频率为f，则纸带上打出C点时重物的速度大小 ，重物下落过程中的加速度大小 。（用给定的物理量符号表示） 3．某同学研究自由落体运动的规律时，将小球固定在刻度尺的旁边由静止释放，用手机拍摄小球自由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，利用图片中小球的位置就可以得出速度、加速度等信息，实验装置如图所示。 如图所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相邻两帧之间的时间间隔为0.02s，刻度尺为毫米刻度尺。 （1）图片Ⅱ中小球的瞬时速度约为 m/s；（结果保留两位小数）； （2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是 ； A．刻度尺应固定在竖直平面内 B．固定手机时，摄像镜头应正对刻度尺 C．选择材质密度大的小球 D．铅垂线的作用是检验小球是否沿竖直方向下落 （3）为了得到更精确的加速度值，该同学利用多帧图片测算其对应的速度v和下落的高度h，绘制了v2－h图像，如图所示。其中P、Q分别为两个大小相同，质量不同的小球下落的图像，由图像可知 。 A．图像的斜率表示小球下落的加速度 B．小球P的质量大于小球Q的质量 C．小球P的质量小于小球Q的质量 D．小球P的数据算出的加速度值更接近当地重力加速度 4．某同学研究自由落体运动的规律时，将小球从一固定的毫米刻度尺旁边由静止释放，用手机拍摄小球自由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，利用图片中小球的位置就可以得出速度、加速度等信息，实验装置如图1所示。如图2所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相邻两帧之间的时间间隔为。 （1）小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ其中图片Ⅲ小球球心所在的位置分别为 。 （2）图片Ⅱ中小球的瞬时速度约为 。（结果保留两位小数） （3）为了得到更精确的加速度值，小球材质应选择 ；（填“密度小的小球”或“密度大的小球”） （4）该同学利用多帧图片测算其对应的速度v和下落的高度h，绘制了图像，如图3所示。其中P、Q分别为两个体积不同，质量相同的小球下落的图像，小球的质量为m，所受阻力为f，重力加速度为g，求出与h的关系式 ；由图像可知小球P的体积 小球Q的体积（填“小于”、“大于”或“等于”）。 5．某实验小组用图1所示装置研究自由落体运动的规律，实验使用的是频率为50Hz的交流电。 （1）实验开始时，接通打点计时器电源和释放重物，这两个操作之间的顺序关系是 。 A．先接通电源再释放重物            B．先释放重物再接通电源 （2）图2中纸带 （填“左”或“右”）端与重物相连。 （3）实验中打出的一条纸带如图2所示，A、B、C、D、E是标示出来的计数点，相邻两个计数点之间还有4个计时点未标出，根据纸带上的数据可得C点的速度vC= m/s，重力加速度g= m/s2。（均保留3位有效数字） （4）请写出实验操作过程中应该注意的事项 （写出一条即可）。 6．某同学研究自由落体运动的规律时，将小球固定在刻度尺的旁边由静止释放，用手机拍摄小球自由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，利用图片中小球的位置就可以得出速度、加速度等信息，实验装置如图1所示。 如图2所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片I、II、III，相邻两帧之间的时间间隔为0.02s，刻度尺为毫米刻度尺。 （1）图片II中小球的瞬时速度约为 m/s；（结果保留两位小数） （2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是 ； A．刻度尺应固定在竖直平面内 B．固定手机时，摄像镜头应正对刻度尺 C．选择材质密度大的小球 D．铅垂线的作用是检验小球是否沿竖直方向下落 （3）为了得到更精确的加速度值，该同学利用多帧图片测算其对应的速度v和下落的高度h，绘制了图像，如图3所示。其中P、Q分别为两个大小相同，质量不同的小球下落的图像，由图像可知 。 A．图像的斜率表示小球下落的加速度 B．小球P的质量等于小球Q的质量 C．小球P的质量小于小球Q的质量 D．小球P的数据算出的加速度值更接近当地重力加速度 7．某同学研究自由落体运动的规律时，将小球固定在刻度尺的旁边由静止释放，用手机拍摄小球自由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，利用图片中小球的位置就可以得出速度、加速度等信息，实验装置如图1所示。 如图2所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片I、II、III，相邻两帧之间的时间间隔为0.02s，刻度尺为毫米刻度尺。 (1)图片II中小球下落速度约为 m/s。（计算结果保留两位小数） (2)关于实验装置和操作，以下说法正确的是 。 A．刻度尺应固定在竖直平面内 B．铅垂线的作用是检验小球是否沿竖直方向下落 C．手机应正对刻度尺固定 D．手机距离刻度尺越近越好 (3)为了得到更精确的加速度值，该同学利用多帧图片测算其对应的速度v和下落的高度h，绘制了图像，如图3所示。其中P、Q分别为两个大小相同，质量不同的小球下落的图像，由图像可知 。 A．图像的斜率表示小球下落的加速度 B．小球P的质量大于小球Q的质量 C．小球P的质量小于小球Q的质量 D．小球P的数据算出的加速度值更接近当地重力加速度 8．某实验小组用图1所示装置研究自由落体运动的规律，实验中打出的一条纸带如图2所示。    （1）实验应使用频率为的 电（填“直流”或“交流”）。 （2）实验开始时，下列两个操作之间正确的顺序关系是 。 A．先接通电源再释放重物                   B．先释放重物再接通电源 （3）图2中纸带 （填“左”或“右”）端与重物相连。 （4）图2纸带中A、B、C、D、E是标示出来的计数点，相邻两个计数点之间还有4个计时点未标出，根据纸带上的数据可得重力加速度 。（结果均保留3位有效数字） 9．某实验小组用图1所示装置研究自由落体运动的规律，实验中打出的一条纸带如图2所示。 （1）实验应使用频率为50Hz的 电（填“直流”或“交流”）。 （2）实验开始时，下列两个操作之间正确的顺序关系是 。 A．先接通电源再释放重物　　B．先释放重物再接通电源 （3）图2中纸带 （填“左”或“右”）端与重物相连。 （4）图2纸带中A、B、C、D、E是标示出来的计数点，相邻两个计数点之间还有4个计时点未标出，根据纸带上的数据可得C点的速度= m/s，重力加速度g= m/s²。（结果均保留3位有效数字） 10．仪器的正确使用及基本物理量的测量是物理实验的基础，请回答下列问题： （1）打点计时器是中学阶段常用的计时仪器，其分为电磁打点计时器和 两种，图1所示打点计时器使用的是 V的交流电源。 （2）某同学做实验：“研究自由落体运动的规律”时，得的一条纸带，其中一部分如图2所示，且知实验中打点计时器所用交流电的频率为50Hz。则由图中所标的测量数据，可测得打下计数点3时纸带的速度为 m/s；在测得一系列不同时刻的速度后，依据数据绘制了如图3所示的图像，由图像可知：自由落体运动的加速度为 。（计算结果均保留3位有效数字） 参考答案： 1． B C C B 【详解】（1）[1]在研究小球自由落体运动时，图中的白色圆圈大小不能忽略，不能看做质点，故选B。 （2）[2]为了能够顺利研究自由落体运动的规律，该小球最好采用质量较大，体积较小的小钢球。故选C。 （3）[3]考虑到空气阻力的影响，由该图计算得到的重力加速度小于实际值。故选C。 （4）[4]A．因A点不一定是自由落体运动的起点，则不一定满足关系 选项A错误； B．根据匀加速运动的规律可知 即满足关系 选项B正确； C．点的瞬时速度为 选项C错误； D．、、三点速度满足 即 选项D错误。 故选B。 2． C 【详解】（1）[1] A．如果将打点计时器连接的电源改为直流电源，打点计时器不能正常工作，故A错误； B．打点计时器的打点时间间隔由交流电源的频率决定，纸带运动的速度大小不会影响打点计时器的打点时间间隔，故B错误； C．实验时应先启动打点计时器，再松手释放纸带，故C正确； D．为了减小空气阻力的影响，实验时选用的重物应是质量大、体积小的物体，故D错误。 故选C。 （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，则纸带上打出C点时重物的速度大小为 [3]根据逐差法可得，重物下落过程中的加速度大小为 3． 1.38 ABC/ACB/BAC/BCA/CAB/CBA BD/DB 【详解】（1）[1]图片Ⅱ中小球的瞬时速度等于小球在图片Ⅰ、Ⅲ所示位置之间的平均速度，即 （2）[2]A．由于自由落体运动的方向是竖直向下，所以刻度尺应固定在竖直平面内，选项A正确； B．实验时需要通过手机拍摄的照片来获取位置数据，为了能够精确读数，类似于用肉眼进行刻度尺读数的要求，摄像镜头应正对刻度尺，选项B正确； C．为了尽量减小空气阻力对实验的影响，应选择材质密度大的小球，选项C正确； D．铅垂线的作用是检验刻度尺是否固定在竖直平面内，选项D错误。 故选ABC。 （3）[3]A．根据运动学规律有 v2＝2ah 所以v2－h图像的斜率表示小球下落加速度的2倍，选项A错误； BCD．考虑到空气有阻力，设小球的质量为m，根据牛顿第二定律可得 mg－f＝ma 解得 小球大小相同的情况下，质量越大的小球，的值越大，v2－h图像的斜率越大，所以小球P的质量大于小球Q的质量，且小球P的数据算出的加速度值更接近当地重力加速度，选项C错误，B、D正确。 故选BD。 4． 11.05 1.38 密度大的小球 小于 【详解】（1）图片Ⅲ中小球的上缘刻度10.60cm，下缘刻度为11.50cm，则直径为0.9cm，小球球心所在的位置10.60+0.45cm=11.05cm； （2）图片Ⅰ位置球心的位置5.55cm，则图片Ⅱ中小球的瞬时速度约为 （3）为了得到更精确的加速度值，小球材质应选择密度大的小球，以减小阻力的影响； （4）根据牛顿第二定律可知 mg-f=ma 由运动公式 v2=2ah 可得 因为v2-h图像的斜率 小球P的斜率较大，在质量相同时，P的阻力较小，体积较小。 5． A 右 2.02 9.61 开始释放纸带时使重物与纸带位于同一竖直线上；或释放时重物靠近打点计时器 【详解】（1）[1] 开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带随物体运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，若先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故A正确，B错误。故选A。 （2）[2] 图2中右端点迹密集一些，打这些点时，重物的运动速度小一些，因此图乙中纸带的右端与重物相连。 （3）[3] 根据匀变速直线运动规律，C对应的瞬时速度大小为 [4]根据可得 （4）[5]实验操作过程中应该注意的事项有：开始释放纸带时使重物与纸带位于同一竖直线上；或释放时重物靠近打点计时器。 6． 1.40 ABC D 【详解】（1）[1]图片II中小球的瞬时速度等于小球在图片I、III所示位置之间的平均速度，即 （2）[2]A．由于自由落体运动的方向是竖直向下，所以刻度尺应固定在竖直平面内，故A正确； B．实验时需要通过手机拍摄的照片来获取位置数据，为了能够精确读数，类似于用肉眼进行刻度尺读数的要求，摄像镜头应正对刻度尺，故B正确； C．为了尽量减小空气阻力对实验的影响，应选择材质密度大的小球，故C正确； D．铅垂线的作用是检验刻度尺是否固定在竖直平面内，故D错误。 故选ABC。 （3）[3] A．根据运动学规律有 所以v2-h图像的斜率表示小球下落加速度的2倍，故A错误； BCD．质量越大的小球，空气阻力对其下落加速度的影响越小，所以小球P的质量大于小球Q的质量，且小球P的数据算出的加速度值更接近当地重力加速度，故BC错误，D正确。 故选D。 7． 1.40 AC BD 【详解】(1)[1]匀变速运动在一段时间内的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度。从图片I到图片III，小球的位移约为，用时，所以图片II中小球的下落速度约为； (2)[2]小球沿竖直方向下落，刻度尺应固定在竖直平面内；铅垂线的作用是检验刻度尺是否沿竖直方向；手机在录像时应正对刻度尺，并且离刻度尺越远越好，离得越远，位置记录的误差越小。 故选AC。 (3)[3]根据自由落体的特点可知，下落高度h与速度v的关系为，即v2与h成正比，图像的斜率等于下落加速度的2倍；由图像可知Q球的加速度较小，说明其质量较小，空气阻力对它的影响较为明显，所以用小球P的数据算出的加速度值更接近当地的重力加速度。 故选BD。 8． 交流 A 右 9.61 【详解】（1）[1]打点计时器使用频率为的交流电。 （2）[2]为打点稳定，充分利用纸袋，应先接通电源再释放重物。 故选A。 （3）[3]重物做自由落体运动，速度逐渐增大，纸带上相邻两点间的距离增大，故纸带右端与重物相连。 （4）[4]相邻两个计数点之间的时间间隔为 根据逐差法求出纸带上的数据可得重力加速度为 9． 交流 A 右 2.02 9.61 【详解】（1）[1]打点计时器应使用频率为50Hz的交流电。 （2）[2]为打点稳定，先接通电源再释放重物。 故选A。 （3）[3]重物做自由落体运动，速度逐渐增大，纸带上相邻两点间的距离逐渐增大，故图2中纸带右端与与重物相连。 （4）[4]相邻两个计数点的时间间隔 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，纸带上的数据可得C点的速度为 （5）[5]根据逐差法求出重力加速度为 10． 电火花计时器 220 1.15 9.38（±0.03） 【详解】（1）[1][2] 打点计时器是中学阶段常用的计时仪器，其分为电磁打点计时器和电火花计时器两种，图1所示打点计时器是电火花计时器，使用的是220 V的交流电源。 （2）[3][4]匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度解得3点对应的时刻的瞬时速度 图像斜率代表加速度 第1页 学科网（北京）股份有限公司 $$