2023版高考物理一轮复习第1章运动的描述、匀变速直线运动的研究实验1研究匀变速直线运动模拟新人教版必修1

PAGE实验1研究匀变速直线运动1．(2022·天津理综)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。eq\x(导学号51342100)(1)实验中，必要的措施是__AB__。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，打出的局部计数点如下图(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。那么小车的加速度a＝__0.80__m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝__0.40__m/s。(结果均保存两位有效数字)[解析](1)利用长木板、小车、打点计时器等研究匀变速直线运动规律，在实验中，必要的措施是：细线必须与长木板平行；先接通电源，再释放小车；不需要平衡摩擦力，不需要满足小车的质量远大于钩码的质量。因此正确选项是AB。(2)由Δx＝aT2，T＝0.10s和逐差法可得小车的加速度a＝eq\f(s4－s1＋s5－s2＋s6－s3,9T2)＝0.80m/s2。利用匀变速直线运动在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出B点时小车的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s。2．(2022·湖北八校联考)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下图。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。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。eq\x(导学号51342101)单位：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3723.6548.0080.00根据表中数据，完成以下填空：(1)物块的加速度a＝__4.30__m/s2(保存3位有效数字)。(2)因为__物体的加速度小于物体沿光滑斜面下滑时的加速度__，可知斜面是粗糙的。[解析]此题利用频闪照片求物体运动的加速度，进而判断斜面是否光滑，关键要明确斜面光滑时，加速度的大小，从而做出判断。据Δx＝aT2得a＝eq\f(x4＋x3－x2＋x1,4T2)＝4.30m/s2，斜面光滑时，加速度a1＝gsinθ＝geq\f(h,s)＝5.88m/s2>a，由此可知斜面粗糙。3．(2022·山东潍坊月考)由于当年实验条件的限制，伽利略无法直接对落体运动进行实验研究，而今天即使在中学实验室里，我们也可以通过实验来验证落体运动的规律，如图是某次实验中获得的质量为m的小球下落时的频闪照片，频闪间隔是eq\f(1,30)s，根据此照片计算：(保存三位有效数字)eq\x(导学号51342102)(1)小球在4.90cm位置时的速度大小为__0.984__m/s。(2)小球下落的加速度大小为__9.77__m/s2。(3)小球在13.60cm位置的速度大小为__1.64__m/s。[解析](1)从上向下，给小球位置编号，即为1、2、3、4、5，那么3是2到4的中间时刻，故v3＝eq\f(x24,2T)，x24＝8.71cm－2.15cm＝6.56cm，每两个计数点间的时间间隔T＝eq\f(1,30)s，代入数据得v3＝eq\f(0.0656,2×\f(1,30))m/s＝0.984m/s。(2)设点1到点3间的位移为x1，点3到点5间的位移为x2，由匀变速直线运动的推论Δx＝gt2得x2－x1＝gt2(注意：t是发生x1或x2位移所用的时间，t＝eq\f(1,15)s)，代入数据得(13.60－4.90－4.90＋0.54)×10－2m＝gt2解得g＝9.77m/s2。(3)根据v5＝v3＋gt＝0.984m/s＋9.77×eq\f(1,15)m/s＝1.64m/s。4．(2022·湖南常德月考)如图甲所示，是研究小车做匀变速直线运动的实验装置，打点计时器的工作周期为T。eq\x(导学号51342103)(1)实验中，必要的措施是(A)A．细线必须与长木板平行B．小车必须具有一定的初速度C．小车质量远大于钩码质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)如图乙所示，A、B、C、D、E、F、G是打好的纸带上的7个连续的点。从图乙中可读得s6＝__6.00__cm，计算F点对应的瞬时速度大小的计算式为vF＝eq\f(s6－s4,2T)(用题目中所给量的字母表示)。(3)如图丙所示，是根据实验数据画出的v2－2s图线(s为各点至同一起点的距离)，由图线可知：该图线的斜率表示__小车加速度的大小__，其大小为__0.50__(保存两位有效数字)，单位是__m/s2__。[解析](1)该实验的目的是研究小车做匀变速直线运动的规律，只要小车做匀变速直线运动即可，对于小车有无初速度、小车质量与钩码质量的关系、是否平衡摩擦力没有要求，细线必须与长木板平行，故B、C、D错误，A正确。(2)刻度尺的最小刻度为mm，需要估读到下一位，因此读出s6＝6.00cm；根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，打纸带上F点时小车的瞬时速度可以表示为vF＝eq\f(s6－s4,2T)。(3)根据匀变速直线运动的速度—位移公式有v2－veq\o\al(2,0)＝2as，得v2＝veq\o\al(2,0)＋2as，由此可知在v2－2s图线中，纵轴截距表示初速度的平方，斜率表示加速度的大小，因此有a＝k＝eq\f(Δv2,Δ2s)＝0.50m/s2。5．(2022·山东烟台模拟)一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对应时间Δt的比值定义为角加速度β(β＝eq\f(Δω,Δt))。我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验：(打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出)①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量。eq\x(导学号51342105)(1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示，圆盘的半径r为__6.000__cm；(2)由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为_6.48__rad/s；(3)纸带运动的加速度大小为__0.59__m/s2，圆盘转动的角加速度大小为__9.85__rad/s2。[解析](1)圆盘半径r＝60mm＋0×0.05mm＝60.00mm＝6.000cm。(2)T＝0.02s×5＝0.1s，vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(13.19－5.41×10－2,0.2)m/s＝0.389m/s＝ωDr，解得ωD＝6.48rad/s。(3)a＝eq\f(xCE－xAC,2T2)＝0.59m/s2，同理由vB＝eq\f(xAC,2T)＝ωBr可求得ωB≈4.51rad/s，所以β＝eq\f(ωD－ωB,2T)＝9.85rad/s2。6．(2022·广州模拟)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(其中“1”点先打下)，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。eq\x(导学号51342106)(1)通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点__6__和__7__之间某时刻开始减速。(2)计数点9对应的速度大小为__0.76m/s__。(保存两位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝__2.0m/s2__。(保存两位有效数字)(4)物块在加速阶段，如果以eq\f(x,t)(其中x表示位移，t表示时间)为纵坐标、t为横坐标作图象，得到图象的斜率为k，那么加速度大小为__2k__(用字母符号表示)。[解析](1)从纸带上的数据分析得知：在计数点6点之前，两点之间的距离逐渐增大，是加速运动，在计数点7之后，两点之间的距离逐渐减小，是减速运动，所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速。(2)匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，因此有v9＝eq\f(x8＋x9,2T)＝eq\f(8.61＋6.60cm,2×0.1s)＝0.76m/s。(3)由纸带数据可知，计数点7往后物块做减速运动，有x7＝10.60cm，x8＝8.61cm，x9＝6.60cm，x10＝4.60cm，因此Δx≈－