专题1 探究匀变速直线运动-2024年高考物理冲刺力学实验专题

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1.实验目的：
（1）练习正确使用打点计时器
（2）会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度
（3）会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v--t图象，根据图象求加速度
2.实验原理：
从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间，量出相邻计数点间的距离，利用平均速度求出瞬时速度；计算相邻计数点距离只差 ，看其是否是一个常数来确定运动性质
3.实验器材
计时器、一段附有滑轮的长木板
小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线
电源、复写纸
4.实验步骤
（1）按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源
（2）把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面
（3）把小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带
（4）小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带
（5）换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析
知识点二、数据处理
1.运动情况
2.利用逐差法求平均加速度
3.利用平均速度求瞬时速度：
4.利用速度--时间图象求加速度：作出速度--时间图象，通过图象的斜率求物体的加速度
知识点三、误差分析
1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差
2.作v--t图象时出现作图误差
3.电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同
4.长木板粗糙程度不均匀，小车运动时加速度有变化造成误差
知识点四、注意事项
1.平行：纸带、细绳要和长木板平行
2.靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置
3.一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带
4.减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集
5.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点
6.准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两则
题型一、对实验装置及误差的考查
1.2016年天津卷
某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动
①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
②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）
2.某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz。
①通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。
②计数点5对应的速度大小为 m/s，计数点6对应的速度大小为 m/s。（保留三位有效数字）。
③物块减速运动过程中加速度的大小为a= m/s2，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）。
题型二、对数据处理及注意事项的考查
1. 2013年广东卷
研究小车匀变速直线运动的实验装置如图16（a）所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50HZ，纸带上计数点的间距如图16（b）所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。
①部分实验步骤如下：
测量完毕，关闭电源，取出纸带
接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车
将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连
把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
上述实验步骤的正确顺序是： （用字母填写）
②图16（b）中标出的相邻两计数点的时间间隔T= s
③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5= 。
④为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a=
2.（2021届北京市东城区高三（上）期末物理试题）16. 在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条纸带如图所示。A、B、C、D、E、F、G为计数点（任两计数点间有四个点未画出），相邻计数点间时间间隔为0.10s，x1=1.20cm，x2=1.60cm，x3=1.98cm，x4=2.38cm，x5=2.79cm，x6=3.18cm。
(1)根据图上数据，则打B点时小车的速度是______m/s，小车的加速度是_______m/s2。（结果保留2位有效数字）
(2)某同学用以下办法绘制了小车运动的v-t图像：先把纸带每隔T=0.1s剪断，得到若干段纸条，长度分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6。再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条的下端对齐，作为时间轴，标出时间。最后根据纸条上端中心位置做一条直线，于是得到v-t图像（如图所示）。
a.t1处应标为______s；v1处应标为______（此空用第（2）问中的字母表示）；
b.请说明利用纸条长度表示瞬时速度所依据的原理______。
题型三、实验创新与改进
利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。
完成下列填空和作图：
⑴若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_________________；
⑵根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出图线；
⑶由所画出的s/t-t图线，得出滑块加速度的大小为a=_______m/s2（保留2位有效数字）。
2.（云南省普洱市二中2019-2020学年高三（上）期末考试物理试题）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，如图甲所示。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，图乙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)由图乙可知，小车在桌面上是________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。
(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中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）
3.（2021届黑龙江省大庆市铁人中学高三（上）期中考试物理试题）用图示装置测量重锤的质量，在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片，重锤下端贴一遮光片，铁架台上安装有光电门。调整重锤的高度，使其从适当的位置由静止开始下落，读出遮光片通过光电门的挡光时间t0；从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上，让重锤每次都从同一位置由静止开始下落，计时器记录的挡光时间分别为t1，t2…，计算出t12，t22…
(1)挡光时间为t0时，重锤的加速度为a0从左侧取下i块铁片置于右侧重锤上时，对应的挡光时间为ti，重锤的加速度为ai，则=__________（结果用t0和ti表示）
(2)作出的图线是一条直线，直线的斜率为k，则重锤的质量M=_____。
课后练习
1.（2021届新疆昌吉第九中学高三（上）期末物理试题）9. 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带，如图甲所示，并在其上选取A、B、C、D、E、F、G7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点在图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源。
(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算打下F点时物体的瞬时速度vF的表达式为vF＝______；
(2)他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如表所示。以A点对应的时刻为t＝0时刻，试在如图乙所示坐标系中作出物体的v­t图像______，并利用该图像求出物体的加速度大小a＝______m/s2(计算结果保留一位有效数字)；
(3)计数点A对应的速度大小是______m/s(计算结果保留一位有效数字)；
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比______ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
2.（2021届浙江省9+1高中联盟高三（上）期中物理试题）17. 某物理小组利用图甲所示实验装置探究小车速度随时间变化的规律：
①实验中，为保证小车做匀变速直线运动的必要措施是__________（填写选项前的字母）。
A．细线必须与长木板平行 B．将长木板没有滑轮的一端适当垫高
C．钩码的质量远远小于小车的质量 D．先接加电源后释放小车
②如图乙是从实验中打出的一条纸带中得到的有关各计数点的数据，通过计算得到各计数点的速度，已标在图2所示坐标系中，请利用图线求出该小车的加速度大小为a=__________m/s2。（结果保留两位有效数字）
3.（2021届新疆喀什区第二中学高三（上）期中物理试题）14. 在测定匀变速直线运动加速度的实验中，选定一条纸带如图所示，从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点．测得：x1=1.40cm，x2=1.90cm， x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm．
①在计时器打出点4时，小车的速度分别为：v4= cm/s，加速度a = cm/s2。
②如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比______(选填：偏大、偏小或不变）。
4.（2019年山东省烟台市高三上学期期中考试物理试题）15.某实验小组研究一物体做匀变速直线运动规律的实验，得到一条纸带其清晰部分如图所示。已知纸带上的计数点为每2个计时点取一个计数点，其中测得S1=3.20cm，S2=4.01cm，S3=4.80cm，S4=5.61cm，所用电源的频率为50Hz，则打计数点B时物体的速度大小vB=____ ，物体的加速度大小a=____ (计算结果均保留2位有效数字)。
5.（山东省莱州市第一中学2019-2020学年高三上学期期中模拟测试（一）物理试题）15.如图所示为某实验小组研究匀变速直线运动所得的一条纸带，已知所用电源的频率为50Hz，纸带上的计数点为每5个点取一个计数点，则可知相邻两计数点间的时间间隔△t=____s，若测得计数点0、l之间的距离为1.20cm，计数点5、6之间的距离为4.7cm，则可求得加速度 a=_____m/s 2（保留两位有效数字）
6.（2021届西藏昌都市第一中学高三（上）期末理综物理试题）9. 在做“研究匀变速直线运动”实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A，B，C，D，E，F，G7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V,50Hz交流电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B，C，D，E，F各点时物体的瞬时速度如下表：
(1)设电火花计时器的周期为T，计算vF的公式vF=__________；
(2)根据表中得到的数据，求物体的加速度a=__________m/s2；
(3)如果当时电网中交变电流的频率变为49Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实验值相比__________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
7.（2021届广东省揭阳市揭东区高三（上）期中物理试题）11. 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）．
8.（2021届河南省郑州市巩义四中高三（上）期中物理试题）13. 如图所示是某同学在“研究匀变速直线运动”的实验中获得的一条纸带。
(1)已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为____，若A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点中有四个点没有画出，则相邻两个计数点的时间间隔为____。
(2)从图中求出C点对应的速度是：____m/s，运动的加速度是：___m/s2（保留3位有效数字）。
9.（2021届江苏省启东市高三（上）期中物理试题）13. 某实验小组用如图甲所示装置做“研究匀变速直线运动”实验。
(1)实验操作时必须做到_________。
A．钩码的质量远小于小车的质量
B．垫高长木板没有定滑轮的一端，平衡摩擦力
C．小车释放前靠近打点计时器
D．连接小车的细绳平行于长木板
(2)调节好实验装置，进行正确操作，打出的纸带如图乙所示，在纸带上取连续的七个计时点，测得两点间距为，两点间距为，已知相邻两个计时点间的时间间隔为，由此可知，打点计时器打下点时小车运动的速度大小是______，小车运动的加速度大小是________。
10.【2019年物理全国卷1】
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）。
11.【2016年天津卷】
某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动
①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
②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）
12.【2016年海南卷】
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）
13.【2011年理综广东卷】
图(a)是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点。加速度大小用a表示。
①OD间的距离为_______cm
②图(b)是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示_______，其大小为_______m/s2（保留三位有效数字）。
13.【 2014年理综大纲卷】
现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g＝9.80m/s2。
单位：cm
根据表中数据，完成下列填空：
⑴物块的加速度a＝ m/s2(保留3位有效数字)。
⑵因为 ，可知斜面是粗糙的。
14.【2018年江苏卷 】
某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；
②在重锤1上加上质量为m的小钩码；
③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；
④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题
（1）步骤④可以减小对下落时间t测量的 （选填“偶然”或“系统”）误差。
（2）实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了 。
A．使H测得更准确
B．使重锤1下落的时间长一些
C．使系统的总质量近似等于2M
D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做?
（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g，得g= 。
15.【2013年江苏卷】
某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示. 倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关K,电磁铁吸住第1 个小球. 手动敲击弹性金属片M,M 与触头瞬间分开, 第1 个小球开始下落，M 迅速恢复,电磁铁又吸住第2 个小球。 当第1 个小球撞击M 时，M 与触头分开，第2 个小球开始下落…… 这样，就可测出多个小球下落的总时间.
(1)在实验中,下列做法正确的有
(A)电路中的电源只能选用交流电源
(B)实验前应将M 调整到电磁铁的正下方
(C)用直尺测量电磁铁下端到M 的竖直距离作为小球下落的高度
(D)手动敲击M 的同时按下秒表开始计时
(2)实验测得小球下落的高度 H =1. 980 m，10 个小球下落的总时间 T =6. 5 s. 可求出重力加速度 g =m/s2. (结果保留两位有效数字)
(3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的两个办法.
(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt 磁性才消失,因此,每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt,这导致实验误差. 为此,他分别取高度H1 和H2,测量n个小球下落的总时间T1 和T2. 他是否可以利用这两组数据消除Δt 对实验结果的影响? 请推导说明.
16.【2012年理综山东卷】
（1）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz。
①通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。
②计数点5对应的速度大小为 m/s，计数点6对应的速度大小为 m/s。（保留三位有效数字）。
③物块减速运动过程中加速度的大小为a= m/s2，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）。
17.【2015年广东卷】
某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。
①请完成以下主要实验步骤：按图14（a）安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物 （填“靠近”或“远离”）计时器下端； ， ，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。
②图14（b）和（c）是实验获得的两条纸带，应选取 （填“b”或“c”）来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力
和 。
电磁打点计时器
电火花计时器
打点方式
振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹
利用火花放电，在纸带上打出点迹
工作电压
6V以下的交流电
220V的交流电
打点频率
与交流电的频率相同，若频率为50Hz，则每隔0.02s打一个点
阻力来源
振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦，阻力较大
阻力来自纸带本身的运动而不是打点计时产生的，阻力较小，实验误差小
s(m)
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
0.950
t(ms)
292.9
371.5
452.3
552.8
673.8
776.4
s/t(m/s)
1.71
1.62
1.55
1.45
1.34
1.22
对应点
B
C
D
E
F
速度/(m·s-1)
0.141
0.180
0.218
0.262
0.301
对应点
B
C
D
E
F
速度（m/s）
0.141
0.180
0.218
0.262
0.301
x1
x2
x3
x4
h
s
10.76
15.05
19.34
23.65
48.00
80.00