实验1 研究匀变速直线运动规律-高考真题汇编（含解析）

高考物理必做实验高考真题汇编实验1研究匀变速直线运动规律1.（2024年高考贵州卷）智能手机内置很多传感器，磁传感器是其中一种。现用智能手机内的磁传感器结合某应用软件，利用长直木条的自由落体运动测量重力加速度。主要步骤如下：（1）在长直木条内嵌入7片小磁铁，最下端小磁铁与其他小磁铁间的距离如图（a）所示。（2）开启磁传感器，让木条最下端小磁铁靠近该磁传感器，然后让木条从静止开始沿竖直方向自由下落。（3）以木条释放瞬间为计时起点，记录下各小磁铁经过传感器的时刻，数据如下表所示：0.000.050.150.300.500.751.050.0000.1010.1750.2470.3190.3910.462（4）根据表中数据，在答题卡上补全图（b）中的数据点，并用平滑曲线绘制下落高度h随时间t变化的图线_____。（5）由绘制的图线可知，下落高度随时间的变化是_____（填“线性”或“非线性”）关系。（6）将表中数据利用计算机拟合出下落高度h与时间的平方的函数关系式为。据此函数可得重力加速度大小为_____。（结果保留3位有效数字）【答案】①.②.非线性③.【解析】（4）[1]由表中数据在图（b）中描点画图，如图所示。（5）[2]由绘制的图线可知，下落高度随时间的变化是非线性关系。（6）[3]如果长直木条做自由落体运动，则满足由可得解得2.（2024高考重庆卷）元代王祯《农书》记载了一种人力汲水灌田农具——戽斗。某兴趣小组对库斗汲水工作情况进行模型化处理，设计了如图甲所示实验，探究库斗在竖直面内的受力与运动特点。该小组在位于同一水平线上的P、Q两点，分别固定一个小滑轮，将连结沙桶的细线跨过两滑轮并悬挂质量相同的砝码，让沙桶在竖直方向沿线段PQ的垂直平分线OO′运动。当沙桶质量为136.0g时，沙桶从A点由静止释放，能到达最高点B，最终停在C点。分析所拍摄的沙桶运动视频，以A点为坐标原点，取竖直向上为正方向。建立直角坐标系，得到沙桶位置y随时间t的图像如图乙所示。（1）若将沙桶上升过程中的某一段视为匀速直线运动，则此段中随着连结沙桶的两线间夹角逐渐增大，每根线对沙桶的拉力_____（选填“逐渐增大”“保持不变”“逐渐减小”）。沙桶在B点的加速度方向_____（选填“竖直向上”“竖直向下”）。（2）一由图乙可知，沙桶从开始运动到最终停止，机械能增加_____J（保留两位有效数字，g=9.8m/s2）。【答案】（1）①.逐渐增大②.竖直向下（2）0.11【解析】（1）[1][2]设细线与竖直方向夹角为θ，沙桶匀速上升2Tcosθ=Mg当θ逐渐增大时，T逐渐增大，沙桶上升到最高点B然后下落，在最高点的加速度方向竖直向下。（2）沙桶从开始运动到静止上升高度为8.4cm，机械能增加量为Mgh=0.136×9.8×0.084J=0.11J3（2023高考全国甲卷）（10分）某同学利用如图（a）所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图（b）所示。（1）已知打出图（b）中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s，以打出A点时小车位置为初始位置，将打出BCDEF各点时小车的位移△x填到表中。小车发生位移所用时间和平均速度分别为△t和，表中△xAD=cm，=cm/s。。位移区间ABACADAEAF66014.6034.9047.3066.073.087.394.6（2）根据表中数据得到小车平均速度随时间的变化关系，如图（c）所示。题卡上的图中补全实验点_____。（3）从实验结果可知，小车运动的——△t图线可以视为一条直线，此直线方程用表示，其中k=cm/s2，b=cm/s。（结果均保留3位有效数字）（4）根据（3）中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA=，小车的加速度大小a=。（结果用字母k、b表示）【参考答案】（1）24.0080.00（2）(3)=b+k△t68.059.0（4）b2k。【命题意图】本题考查探究平均速度与时间关系实验、匀变速直线运动规律及其相关知识点。【解题思路】（1）表中△xAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm；小车从A运动到D的时间为△t=3×0.1s=0.3s，==80.00cm/s。（2）将对应的数据点（0.3s，80cm/s）画在小车平均速度随时间的变化关系图像中。（3）过尽可能多的点作出直线，如图，此直线方程为=b+k△t，其图像斜率k=68.0cm/s2，在纵轴上的截距b=59.0cm/s。（4）由x=vA△t+，可得=vA+△t，即=vA+△t，所以打出A点时速度大小vA=b，由=k可得小车的加速度a=2k。4.（2018北京理综）用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)。A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。【参考答案】（1）AC（2）如图所示（3）小车的速度随时间均匀变化加速度（4）越小越好有关（5）如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。【名师解析】（1）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选AC（2）利用所给点迹描点连线，得图像其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3。（3）由画出的v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是小车的速度随时间均匀变化。v-t图像斜率的物理意义是加速度。（4）用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差有关。（5）如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证。点睛：本题考查了速度与与时间得关系，速度没有办法直接测量，所以要利用物理关系转化，转换成我们能够测量的量，然后在来验证速度与时间得关系。5.（5分）(2017·全国理综I卷·22)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。（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴）（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）中的A点位置时速度大小为_____m/s，加速度大小为_____m/s2（结果均保留2位有效数字）【参考答案】（1）从右向左（1分）（2）0.19（2分）0.037（2分）【命题意图】本题主要考查匀变速直线运动的研究及其相关的知识点，意在考查考生灵活运用教材上研究匀变速直线运动相关实验知识的能力。【解题思路】（1）由于水平桌面上小车运动时必然受到阻力作用，一定做匀减速直线运动，所以由图（b）可知，小车在桌面上是从右向左运动的。（2）根据题述滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，共有45个时间间隔，其滴水的时间间隔为T=s=2/3s。根据做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于在中间时刻的瞬时速度，可得小车运动到图（b）中的A点位置时速度大小为vA=m/s=0.19m/s。由△x=aT2和逐差法可得，小车运动的加速度大小为a=0.037m/s2。6.（6分）（2017全国II卷·22）某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度的之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的挡光片、光电计时器。实验步骤如下：①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度（如图（b）所示），表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④⑥利用实验中得到的数据作出-∆t图，如图（c）所示完成下列填空：（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和∆t的关系式为。（2）由图（c）可求得vA=cm/s，a=cm/s2.（结果保留3位有效数字）【参考答案】⑴；⑵52.1，16.3(15.8~16.8)【名师解析】：⑴设遮光片末端到达光电门的速度为v，由匀变速直线运动规律可得。⑵由-∆t图象和可知，当时，即图像纵截距，所以vA=52.1cm/s，图线斜率，解得a=16.3cm/s2.7.（2016高考海南物理）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/s2。（保留两位有效数字）【参考答案】（1）0.560.96（4分，每空2分）（2）2.0（2分）【名师解析】相邻两计数点之间的时间间隔T=5×1/f=5×1/50s=0.10s，利用匀变速直线运动的质点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点时物块的速度vB==×10-2m/s=0.56m/s；在打出D点时，物块的速度大小为vD==×10-2m/s=0.96m/s..。（2）根据加速度的定义，物块的加速度大小为a==.m/s2=2.0m/s2。【解法总结】此题中纸带数据处理，利用匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度计算打出纸带上某点的速度，利用加速度定义a=△v/△t计算加速度。根据纸带上数据计算物块运动的加速度的大小也可利用△x=aT2计算，式中T为相邻两个计数点之间的时间，△x为相邻两段相等时间内的位移差。对于图（b）中已经测量出四段位移，为了尽可能利用数据，可以利用逐查法和△x=aT2计算物块运动的加速度。8．（2016高考天津理综物理）（2）某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。eq\o\ac