2018高中物理每日一题之快乐暑假第19天实验：用打点计时器研究自由落体运动(含解析)新人教版

1、 第 19 天 实验：用打点计时器研究自由落体运动 某同学利用图甲所示的实验装置测量重力加速度。 （1 1 ）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误: （2 2 ）该同学经正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续的六个点，测得 hl、h2、h3、h4、h5。若打点的周 期为T,则打E点时重物的速度VE= _;若分别计算出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画 出v2与h的关系图线，如图丙所示，则重力加速度 g= = _ m/sm/s2。 2 （3 3 ）若当地的重力加速度为 9.8 m/s 9.8 m/s ，请写出误差的主要原因 _ 。 【参考答案】（1 1）打点计时器应接交流电源 重物释放

2、时应靠近打点计时器 （2 2）也耳 9.49.4 2T （3 3）空气阻力和纸带与打点计时器限位孔间的摩擦 【试题解析】（1 1）打点计时器应接交流电源，接直流电源无法打点；重物释放时应靠近打点计时器，否则 打点过少，浪费纸带，且不一定能获得误差较小的有效数据。 （2 2） 利用匀变速直线运动的推论有 vE =临=抵 丘，根据V2 -vA= 2gh有v2 = 2gh vA , v2 - h图线 2T 2T 1 83 _3 6 的斜率为 2 2 倍的重力加速度，所以 g =汉 - m/s2 =9.4 m/s2 。 2 0.25 打点计时器 考纲要求：i 2 （3 3） 测量值小于实际值，产生误差

3、的主要原因为空气阻力和纸带与打点计时器限位孔间的摩擦。 【知识补给】 自由落体运动实验 研究自由落体运动和测重力加速度实验属于研究匀变速直线运动的实验， 只是匀变速直线运动中物体 运动的加速度大小不确定，而自由落体运动中物体运动的加速度与重力加速度相关（由于误差和实验方法, 不等于重力加速度）。 研究匀变速直线运动实验的实验方法和数据处理方法都能够用到探究自由落体运动的加速度实验中。 实验可用打点计时器和纸带进行研究，也可用光电门测速度或频闪仪得到等时间间隔的位移等。 斗如图，拿一个长约 1.5 m1.5 m 的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把金属片和小羽毛放到玻璃筒里由静 止释放。观察金属

4、片和小羽毛下落的情况，下列说法正确的是 A.A. 筒内充满空气时，两者下落一样快 B.B. 筒内充满空气时，两者均做自由落体运动 C.C. 筒内抽出空气后，两者均做自由落体运动 D.D. 筒内抽出空气后，金属片比小羽毛下落快 匕:某同学利用如图所示的实验装置测定重力加速度的大小，具体的操作和相应的数据记录如下: 电施铁 用-小铁球 计时装置 r| 址口 j P* / 口 LJ A.A. 接通电磁铁的电源（图中未画出），吸住小铁球; B.B. 用游标卡尺测出小铁球的直径 d=10.0 mm=10.0 mm； C.C. 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离 L=82 cm =82 cm ; D.D

5、. 电磁铁断电时，小铁球自由下落。 3 （1 1 ）在小铁球下落时，计时装置记录小铁球经过光电门所用的时间 t=2.50 =2.50 X 10 10 -3s s，由此可得小铁球经过 光电门的速度公式为 v= = _ （用题给物理量的字母表示），速度大小为 _ m/sm/s。 （2 2）计算重力加速度的公式为 g= = _ ，重力加速度的值为 _ m/sm/s2 （保留三位有效数字）。 电图甲所示为某中学物理课外学习小组设计的测定当地重力加速度的实验装置，他们的主要操作如下： 安装实验器材，调节试管夹（小铁球）、光电门和纸杯在同一竖直线上。 打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在

6、两个光电门间的运动时间 t,并用刻度尺（图 上未画出）测量出两个光电门之间的高度 h,然后计算出小铁球通过两光电门间的平均速度 v。 固定光电门 B的位置不变，改变光电门 A的高度，重复的操作。测出多组（ h, t），并计算出对应的 平均速度v。 画出v -t图象。 请根据实验，回答如下问题： （1 1） 设小铁球到达光电门 B时的速度为VB,当地的重力加速度为 g,则小铁球通过两光电门间的平均速度 V的表达式为 _ 。（用VB、g和t表示） （2 2） 实验测得的数据如表所示。 实验次数 h/ cmcm t/ s s V/ (m-s -1) 1 1 1010.0 0 0 0. 028028

7、3 3. 5757 2 2 2020.0 0 0 0. 059059 3 3. 3939 3 3 3030.0 0 0 0. 092092 3 3. 2626 4 4 4 4040.0 0 0 0. 131131 3 3. 0505 5 5 5 5050. 0 0 0 0. 176176 2 2. 8484 6 6 6060.0 0 0 0. 235235 2 2. 5555 请在图乙所示坐标纸上画出 v - t图象。 （3 3）根据v - t图象，可以求得当地重力加速度 g= _ m/sm/s2（结果保留 3 3 位有数数字） :药百如图是某同学研究小球下落时的频闪照片，频闪仪每隔 0.1

8、s0.1 s 闪光一次并进行拍照。照片中小球静止 时在位置 1 1。某时刻释放小球，下落中的小球各位置与位置 1 1 的距离已在图中标出（单位： cmcm）。实验过程 1 2 1 2 没有错误，但该同学发现图中数据存在以下问题：根据 h gt2 9.8 0.12 m = 4.90 cm，而图中标 2 2 出的位置 1 1 和位置 2 2 的距离为 1 1.23 cm,.23 cm,比 4.90 cm4.90 cm 小很多，你对此问题的解释是 _ 2 下落中小球在位置 3 3 的速度为 _ m/sm/s，小球做自由落体运动的加速度为 _m/sm/s。（计算结果均 保留 3 3 位有效数字） 11

9、 03J 30.63 0 4 .耶幕在暗室中用如图所示的装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴*s-1) 3.20 3.00 2.80 Z60 2.40 0 11 1 1 f 0 0.05 0J0 ai5 020 025 160 3.40 2 6 玻璃管，螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪等。具体实验步骤如下: 在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下； 用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不 动的水滴； 用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度； 采集数据进行处理。 （1 1）

10、实验中看到一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是 （2 2）实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为 30 30 HzHz，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴 的距离如图所示，则当地重力加速度 g= = _ m/sm/s2;第 8 8 个水滴此时的速度 V8= = _ m/sm/s。（结果均 保留三位有效数字） （3 3）该实验存在的系统误差可能有 _ （答出一条即可）。 某兴趣小组的同学用如图 1 1 所示的装置测量当地的重力加速度，实验所用交流电源的频率为 50 50 HzHz。 单位：Cm 7 1 1 点与第 2 2 点间的距离为 1.5 cm,1.5 cm,则造成

11、该现象的主要操作原 因是 _ （1 1）甲同学实验时得到的纸带点迹清晰且第 8 (2(2)乙同学按正确操作也得到一条点迹清晰的纸带，在纸带上选取一个点为计时零点，测出后面各点到该 计时零点的距离 h，及记录各点对应的时刻 t，作出 图象如图 2 2 所示，由实验测得当地重力加速度 g= = _ m/sm/s2 (结果保留两位有效数字)，该同学从资料上查得当地的重力加速度为 9.8 m/s9.8 m/s2,他发现 重力加速度g的测量值与实际值有差异，造成这个差异的原因可能为 _ 。 卜某同学用电火花计时器(其打点周期 T=0.02 s =0.02 s )来测定自由落体的加速度。 (1) _ 下列

12、器材中，不需要的是 (只需填选项字母)。 A A.直尺 B B . 4 46 V6 V 交流电源 C C .天平 D D .纸带 (2) 实验中取纸带上的一段，点 1 1、2 2、3 39为连续打出的，如图所示，由此测得加速度的大小为 _ m/s m/s 2。(计算结果保留三位有效数字) 2 r - J 3 - Z. * 4.D5 * 单位:Cffl (3 (3 )当地的重力加速度大小为 9.80 m/s9.80 m/s2 ,测量值与实际值有差异的主要原因是 【参考答案】 舟*C AB.拚体只在篁力的作用下做初連匱为露的运动，叫做自由落体适动，跛璃简内宥空毛时，存在 空毛阻力，不能戟白由諒体运

13、豹，且羽葩受到的阻力大，因此金倉片落需快，嗣毛落蒔慢，故血 B 顼错误； CD.玻鶴箇内没疽空咒时，扬体做自由諄体运砂，禺为高度相同，加建度都为耳 斷欣同时到达底瑞,&C 正購，D蜡误;故选 G (2L-d) 9.82 (1(1)小铁球经过光电门所用时间很短，可以用平均速度代替瞬时速度，所以 v=v= =4 =4 m/sm/s (2(2)根据v2=2=2gh，可得g 2 v 2h d2 (2L -d)t2 2 二 9.82 m/s 。 (2(2)如图所示 (3(3) 9.859.85 9 （1 1）小铁球通过两光电门间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 VB =vt g，解得：v =VB

14、 ,2 2 （2 2）根据题中数据，描点作图： f 卜球从位置 1 开始下落到住置 2 的叶阖小于0_1E 1.47 9.80 根堀連差法计算章力加連度耳=%；咗=（303-11一03711_03-123） xl）-i讪/ =9.8Om/s1,与实 际章力加連魔羞不多， 则柱置 1*2 露离偏小的琛固可能是 4 球从盘 JL1 幵始下落到位置 2 的时阖 4 于叽附 下落中卜球在隹置 3 的遅度些= （30/63-1 23）x10 Ws = 1 47m/s. 2T 2x0.1 乘（1 1）频闪仪频率等于水滴滴落的频率 （2 2）9.72 2.289.72 2.28 （ 3 3）空气阻力（或水滴

15、滴落的频率变化） （1 1）由于频闪仪的频率由大到小调节，故当频闪仪的频率等于水滴滴落的频率时，第一次看到一串仿佛固 定不动的水滴。V = Vt2 ,根据速度时间关系可得 1 (3)根据v =vB gt可知, 2 ，解得：g 茫 9.85m/s2。 2 2 0.26 -0 10 (3 (3 )该实验存在的系统误差可能有空气阻力或水滴滴落的频率变化。 着 (D兜释就鹹替后接運电源 (2) Q 5 重妬务娘帶受到了阻力 (I由于第 1 点&第 2 点之阖的跪离为 1.5 cm,选大于 2 nun,覺明实骚操作叶丸释放甌帶启接還电谁丁 由+如巴 咄二 Y 乩 结合图皐可知% =浑汙眾 需铁 = 9.5m./sa,疾轻测得的 J L - UtrHV 结果比真实值明 i I,原囚可能是董畅右舉帶受到阻力作用. 善 (1) BC (2) 9/65 (3)受摩攥阻扒空宅阻力騎醪愤(只要各由阻力即可) (1)使甬电火乾计时黑测重力加連度实验中，不需要低压交流电薄:自由落体运动的恼体的加迫度与畅体 的质量无关，所以不需要天平，故选 BCBC 2 (2(2)根据导出公式 m-n at二xm-Xn，由题图所示纸带可知，重力加速度 (3 (3 )物体在下落过程中由于受到摩擦阻力、空气阻力作用，使重力加速度的测量值小于真实值。 【点睛】做处理纸带数据时，匀变速直线运动的两个推论能使我们更为方