高考实验一研究匀变速直线运动有答案(2)

[答案] (1)匀加速直线运动 (2)0.415 m/s 0.495 m/s 0.575 m/s 0.655 m/s (3)2.0 m/s2

3．某同学利用如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50 Hz.

(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点________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.

解析：(1)从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差Δx≈2.00 cm，在6、7计数点间的位移比5、6计数点间的位移增加了(12.28－11.01) cm＝1.27 cm＜2.00 cm，因此，开始减速的时刻在计数点6和7之间．

(2)计数点5对应的速度大小为 x4＋x5(9.00＋11.01)×10－2v5＝＝ m/s

2T2×0.1≈1.00 m/s.

计数点4对应的速度大小为 x3＋x4(7.01＋9.00)×10－2

v4＝＝ m/s

2T2×0.1

≈0.80 m/s.

v4＋v6

根据v5＝，得计数点6对应的速度大小为

2v6＝2v5－v4＝(2×1.00－0.80) m/s＝1.20 m/s.

(3)物块在计数点7到11之间做减速运动，根据Δx＝aT2得x9－x7＝2a1T2 x10－x8＝2a2T2

a1＋a2(x9＋x10)－(x8＋x7)故a＝＝

22×2T2≈－2.00 m/s2.

答案：(1)6 7 (2)1.00 1.20 (3)2.00

4．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10 Hz；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＝9.80 m/s2.

单位：cm

x1 10.76 x2 15.05 x3 19.34 x4 23.65 h 48.00 s 80.00 根据表中数据，完成下列填空：

(1)物块的加速度a＝________(保留3位有效数字)．

(2)因为________________________，可知斜面是粗糙的．

解析：(1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得x3－x1＝2a1T2，x4－x2＝2a2T2 a1＋a21a＝，又知T＝＝0.1 s

2f联立以上各式得a≈4.30 m/s2.

(2)设斜面倾角为θ，如果斜面光滑，根据牛顿第二定律得，物块下滑的加速度a′＝gsin θ

h

＝g＝5.88 m/s2＞a，所以斜面是粗糙的．

s

h

答案：(1)4.30 m/s2 (2)a＜g＝5.88 m/s2

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创新设计型实验是近几年高考考查的重点，其创新点主要体现在利用先进计时工具研究匀变速运动，例如2014年高考大纲全国卷用频闪照片方法测定加速度，2013年高考新课标全国卷用光电门和遮光片测定加速度等．虽然创设了新的情景，但是依然万变不离其宗，仍用逐差法计算加速度，平均速度法求解瞬时速度．

范例 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来．现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤．实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分

－－

别为1.0×102 s和4.0×103 s．用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度d，其示数如图丙所示．

(1)滑块的宽度d＝________cm.

(2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝________m/s.(结果保留两位有效数字)．

(3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些．

[解析] (1)d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm.

2

d1.010×10－

(2)v1＝＝ m/s＝1.0 m/s，

t11.0×10－2

2

d1.010×10－v2＝＝ m/s＝2.5 m/s.

t24.0×10－3

(3)v1、v2实质上是滑块通过光电门1和2时的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将滑块的宽度减小一些．

[答案] (1)1.010 (2)1.0 2.5 (3)平均速度 滑块

[点评] 本实验用光电计时器代替打点计时器来测量速度和加速度，是对原有实验条件、实验器材的迁移和改进，不脱离教材而又不拘泥于教材，仍属于纸带问题的延伸．

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