高考物理核心高频考点专题备考实验01 研究匀变速直线运动（原卷版）

实验01研究匀变速直线运动●注意事项1.平行:纸带和细线要和长木板平行。2.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后取纸带。3.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。4.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6-7个计数点为宜。5.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线。●误差分析1.使用刻度尺测量计数点间距离时有误差。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。【典例1】[常规实验——基本仪器及原理]打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，下图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，

(1)乙图是________计时器(填“电磁打点”或“电火花”)，所接电源为频率为50Hz的__________V的________电源时(填直流或交流)，每隔_________ s打一次点；

(2)在某次实验中，小车拖动纸带做匀加速直线运动，打点计时器所用的电源频率为50Hz，实验得到的一条纸带如下图所示，纸带上每5个点取一个计数点，按时间顺序取A、B、C、D、E五个计数点，实验中已得出相邻两计数点间的距离如下图所示(单位：cm)

①实验中，必要的措施是________(多选)；A.细线必须与长木板平行B.先释放小车再接通电源C.挂的钩码个数越多越好D.小车应从靠近打点计时器处释放②从纸带可以看出物体在做________________直线运动，在计数点B所代表的时刻，小车运动的瞬时速度大小为vB=__________m/s，小车的加速度大小为a=___________m/s2【典例2】[常规实验——误差分析]某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图1所示．一小车放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连，在重物牵引下，小车在木板上向左运动．如图2给出了电火花计时器在纸带上打出的一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点没画出，电火花计时器所用的交流电频率为50Hz．

(1)该同学进行了以下实验操作步骤，其中错误的步骤是______

A.将打点计时器固定在长木板有滑轮一端，并接好电路

B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔

C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码

D.拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源

(2)根据纸带可以计算各点的瞬时速度，现计算第2点的瞬时速度：v2=______m/s(结果取三位有效数字)

(3)求出小车的加速度为a=______m/s2(结果取三位有效数字)

(4)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______【典例3】[常规实验——利用图象法进行数据处理一]某同学用如图甲所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系。

(1)实验时，使小车靠近打点计时器，先______再______。(选填“接通电源”或“放开小车”)

(2)该同学用打点计时器记录了小车的运动情况，已知打点计时器的打点周期T=0.02s。在纸带上选取A、B、C、D、E5个计数点，每两个相邻的计数点之间还有四个点未画出来，测得计数点间的距离如图乙所示。试根据纸带上的数据，计算出打下B点时小车的瞬时速度vB=______m/s，小车运动的加速度a=______m/s2(结果均保留3位有效数字)。

(3)该同学改变悬挂的钩码个数，得到如图丙和丁所示的2条纸带，对每条纸带，依次每5个点取1个计数点，并在各计数点处将其剪断，然后将这些剪断的纸条粘贴在相同的坐标纸上，最后将纸条上端中心连起来，由图可判断丙图中的加速度______丁图中的加速度(选填“大于”，“小于”或“等于”【典例4】[常规实验——利用图象法进行数据处理二]某实验小组利用图甲所示装置研究匀变速直线运动，实验开始时，将小球从O点由静止释放后，小球经过A点到达斜面底端B，A、B两点的传感器可以测出A、B间的距离x以及小球在AB段运动的时间t。改变A点及A点传感器的位置，进行多次实验，记录数据如表。x(m)8.07.56.03.5t(s)2.01.51.00.5(1)为了便于用图像法进行数据处理，小球的运动图像应选用

(选填“x−t”、“xt−t”或“x−1t(2)选定合理的标度在图乙的坐标系中画出对应的图像，注意标明坐标轴的物理量及单位;(3)根据图像可得小球在斜面上运动的加速度大小为

m/s2，小球运动到斜面底端时的速度大小为

m/s。(【典例5】[创新实验——气垫导轨]如图是某同学使用气垫导轨研究匀变速直线运动的实验装置．为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为3.0 cm的遮光条，滑块在倾斜的气垫导轨顶端由静止释放，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间t1=0.015 s，通过第二个光电门的时间t2=0.010 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间(1)滑块经第一个光电门时速度大小为________m/s；滑块经第二个光电门时速度大小为________m/s.滑块的加速度大小为________m/s2(2)若使滑块以4.0 m/s的初速度由气垫导轨的底端出发向上运动，滑块________(填“能”或“不能”)到达2.0 m长的气垫导轨的顶端。【典例6】[创新实验——纸带污染残缺]如图所示，为某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的加速度打出的一条纸带，打点计时器每隔T=0.02s打一个点，选定零点后，再每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：xA=16.6mm、

xB=126.5mm、xD=624.5mm．

可由以上信息推知：

(1)相邻两计数点的时间间隔为_______s；

(2)打C点时物体的速度大小为_______m/s(取2位有效数字)；

(3)物体的加速度大小为__________________(用xA、xB、x【典例7】[创新实验——频闪计时]某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图(a)所示，将一根米尺竖直固定，在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球，小球下落途经某位置时，使用相机对其进行拍照，相机曝光时间为1500s。由于小球的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H、小球在曝光时间内移动的距离Δl。计算出小球通过该位置时的速度大小v，进而得出重力加速度大小g。实验数据如下表：

次数12345Δl/cm0.850.860.820.830.85v/(m4.254.104.154.25H/m0.91810.94230.85300.88600.9231(1)测量该小球直径时，游标卡尺示数如图(b)所示，小球直径为______mm。

(2)在第2次实验中，小球下落H=0.9423m时的速度大小v=______m/s(保留3位有效数字)；第3次实验测得的当地重力加速度大小g=______m/s2(保留3位有效数字)。

(3)可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有______。

A.适当减小相机的曝光时间

B.让小球在真空管中自由下落

C【典例8】[创新实验——滴水计时一]在暗室中用如图所示装置做“测定重力加速度”的实验.实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪.具体实验步骤如下：①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．②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．③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度．④采集数据进行处理．(1)实验中看到空间有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)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图所示，根据数据测得当地重力加速度g=_____m/s2(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：_____________【典例9】[创新实验——滴水计时二]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(a)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(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器时间间隔为2/3秒)

(1)由图(b)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(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)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)【典例10】[创新实验——圆盘转动]一圆盘边缘缠有足够长的细线，细线下端栓有重锤，释放重锤，圆盘绕固定轴在竖直平面内转动．用频闪仪拍下重锤从A到D竖直下落的频闪照片，如图所示．已知频闪仪每隔0.04s闪光一次，图中s1=16.63cm，s2=17.92cm，s3=19.20cm，s1、s2、s3为实际下落的数值．

(1)判断重锤由A运动到D是不是匀加速运动的依据是______；

(2)重锤运动到【典例11】[创新实验——电动转动]如图甲所示，用包有白纸的质量为m(kg)的圆柱棒代替纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，代替打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒表面的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动，测得记号之间的距离如图乙中所示(图中单位为毫米)，已知电动机铭牌上标有“1200 r/min”字样，由此研究圆柱棒的运动情况．根据以上内容，回答下列问题：

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=________s，图乙中的________端是圆柱棒的悬挂端(填“左”或“右”)；(2)根据图乙所给的数据，可知毛笔画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD=________【点对点01】如图所示中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的计时仪器。光电计时器像打点计时器一样，也是一种研究物体运动情况的计时仪器，其结构如图丙所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，做了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L=5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做匀变速直线运动通过静止的光电计时器，实验时测得两次遮光时间分别为Δt1=0.10 s，Δt2(1)图乙是_____(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器，电源采用的是_______(选填“交流4～8V”或“交流220 V”)。(2)第一个遮光片通过光电门的速度大小为________m/s，第二个遮光片通过光电门的速度大小为________m/s。(小数点后面保留2位)(3)小车做加速直线运动的加速度大小为________m/s【点对点02】某同学在做研究匀变速直线运动实验时，获取了一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，打点计时器所接交流电源频率为50Hz，计数点间的距离如图所示。由于粗心，该同学忘了测量3、4两个计数点之间的距离。求：

(1)其中6号计数点的瞬时速度的大小v6=______m/s。(保留三位有效数字)

(2)利用逐差法处理数据，计算出滑块的加速度a=______m/s2.(保留三位有效数字)。

(3)计数点3、4之间的距离是x4=______【点对点03】研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz.纸带上计数点的间距如图乙所示，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：

A.测量完毕，关闭电源，取出纸带．

B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．

C.将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．

D.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)图乙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的计算式为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=________________________．【点对点04】电火花打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上匀加速滑下，如图甲所示。

(1)电火花打点计时器使用______电源(填“直流”或“交流”)工作电压______V，纸带的

______端与小车相连(填“左”或“右”)。

(2)若工作电源的频率为50赫兹，纸带上打点如图乙，则打点计时器打A点时小车的速度以vA=______m/s，该运动过程的加速度a=______m/s2(结果均保留两位有效数字【点对点05】某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。

①写出小球在位置1的速度表达式______。

②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式______。

③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是______【点对点06】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3位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a=________ m/s【点对点07】某同学利用图1所示的装置研究滑块做匀变速直线运动的规律。(1)用游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d，其游标尺示数如图2所示，读数为___________mm。(2)按图1安装好实验装置，保持滑块静止不动，通过刻度尺读出光电门中心点A到遮光条中心点B间的距离x。(3)由静止释放滑块，数字计时器记录下遮光条挡光时间为Δt，则滑块经过光电门时的速度为v=___________。(用测得的物理量符号表示)(4)多次改变滑块的初始位置，重复上述实验步骤，得到多组x与v的数据，作出如图3所示的图像。该图线的斜率为k，则滑块的加速度大小a=___________。【点对点08】如图甲所示，一条质量和厚度不计的纸带缠绕在固定于架子上的定滑轮上，纸带的下端悬挂一质量为m的重物，将重物由静止释放，滑轮将在纸带带动下转动．假设纸带和滑轮不打滑，为了分析滑轮转动时角速度的变化情况，释放重物前将纸带先穿过一电火花计时器，交变电流的频率为50 Hz，如图乙所示，通过研究纸带的运动情况得到滑轮角速度的变化情况．图丙为打点计时器打出来的纸带，取中间的一段，在这一段上取了7个计数点A、B、C、D、E、F、G，每相邻的两个计数点间有4个点没有画出，其中：x1=8.05 cm、x2=10.34 cm、x3=12.62 cm、x4=14.92 cm(1)根据上面的数据，可以求出D点的速度vD=________ m/s；((2)测出滑轮半径等于3.00 cm，则打下D点时滑轮的角速度为________ rad/s；(结果保留三位有效数字)(3)根据题中所给数据求得重物下落的加速度为________ m/s2【点对点09】某同学测量小车作匀变速直线运动的加速度时，打出的纸带如下图所示，他在纸带上每隔4个点取一记数点(相邻计数点间还有4个实际打的点未画出)，并标明了各记数点间的测量数据(电源频率为50 Hz)。(1)打A、B、C、D、E各点时小车的速度vA=________m/s，vB=________m/s，vC=________m/s，vD=(2)若以打O点为计时开始的时刻，试在答题卡上的坐标系中画出小车的v−t图象。由此图象求得小车的加速度a = _______m/【点对点10】某同学想测量重物下落时的加速度，已知打点计时器所用电源频率为50Hz，实验中得到一条清晰的纸带，如图2所示的是截取了某一段纸带用刻度尺(单位：cm)测量纸带时的情景。

(1)其中取得A、B、C三个计数点，在相邻两计数点之间还有一个打印点，可知，重物下落过程中打B点的瞬时速度为______m/s(结果保留2位有效数字)。用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是______(选填“越小