2021届高考物理鲁科版大一轮总复习课时作业4 研究匀变速直线运动 Word版含解析

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课时作业4 实验：研究匀变速直线运动
时间：45分钟
1．某同学利用如图甲所示装置进行“探究匀变速直线运动”的实验．
(1)下列说法正确的有CD。

A．实验开始前，需要垫高长木板右端到合适角度，以平衡摩擦力
B．钩码的质量需要远小于小车的质量
C．小车释放的位置应尽量远离滑轮
D．先接通电源，后释放小车
(2)实验中获得一条纸带，如图乙所示，纸带上计数点的间距为s1和s2，从图中可读出s1＝3.10 cm，s2＝5.50(5.48～5。

52均可) cm，已知打点计时器所接电源的频率为50 Hz,由此求得加速度的大小a＝2.40（2.38～2。

42均可) m/s2。

解析：(1）本实验是探究匀变速直线运动，因此在实验前并不需要平衡摩擦力，A错误；只要钩码能牵引小车做匀加速直线运动即可，钩码的质量不需要远小于小车的质量，B错误；
为充分利用纸带,实验时应将小车由靠近打点计时器的位置释放,C正确；实验时，应先接通电源，后释放小车,D正确．（2）由读数规则可知s2＝（9。

60－4.10) cm＝5.50 cm，由逐差
法可知s2－s1＝at2，又t＝5T＝5
f
,整理得a＝错误!,代入数据解
得a＝2.40 m/s2.
2．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1
30
s．根据此照片可知(结果保留三位有效数字)：
（1)小球在4.90 cm位置处的速度大小为0。

984 m/s；
（2）小球下落的加速度大小为9.77 m/s2。

解析：(1)从上向下,给小球编号，即为1、2、3、4、5,那么3是2与4的中间时刻，故v3＝错误!，x24＝(8.71－2.15）cm＝6。

56 cm；每两个计数点之间的时间间隔T＝错误! s，代入数据得v3＝0.984 m/s;
（2）设1与3之间的位移为x1,3与5之间的位移为x2，由匀变速直线运动的推论Δx＝at2得x2－x1＝at2(t是发生x1
或x2这段位移所用的时间，即t＝1
15
s），代入数据得小球下
落的加速度a＝9.77 m/s2。

3.兴趣小组的同学们利用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动的规律．他们将质量为m1的物体1与质量为m2(m1〈m2)的物体2通过轻绳悬挂在定滑轮上，打点计时器固定在竖直方向上，物体1通过铁夹与纸带相连接．开始时物体1与物体2均处于静止状态，之后将它们同时释放．如图乙所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，O是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D……是按打点先后顺序依次选取的计数点，在相邻两个计数点之间还有四个点没有画出．打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.
（1）相邻两计数点之间的时间间隔为0。

1_s.
(2）实验时要在接通打点计时器电源之后(选填“前”或“后")释放物体．
(3)将各计数点至O点的距离依次记为x1、x2、x3、x4……测得x2＝1.60 cm，x4＝6。

40 cm，
请你计算打点计时器打下C点时物体的速度大小是0。

24 m/s。

（4）同学们根据测出的物体1上升高度x与相应的时间t，描绘出如图丙所示的x。

t2图线,由此可以求出物体的加速度大小为0.80 m/s2.
解析：(1)因为相邻两个计数点之间还有四个点没有画出，故相邻两计数点之间的时间间隔为0.02 s×5＝0。

1 s.
（2)实验时要在接通打点计时器电源之后释放物体．
(3）打下C点时物体的速度大小是
v C＝错误!＝错误!×10－2 m/s＝0。

24 m/s。

（4）因x＝错误!at2,故加速度的大小为
a＝错误!＝错误! m/s2＝0。

80 m/s2。

4．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．图乙中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。

0×10－2 s和4.0×10－3 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＝1.010 cm。

（2)滑块通过光电门1时的速度v1＝1.0 m/s,滑块通过光电门2时的速度v2＝2.5 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．解析：(1）d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1。

010 cm.
(2)v1＝错误!＝错误! m/s＝1。

0 m/s
v2＝d
t2
＝错误! m/s＝2.5 m/s。

(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．
5．用光电门和数字计时器测量自由落体的重力加速度．（1）装置如图所示,过程如下：
①按图将光电门A、B和电磁铁安装在支架上，调整它们的位置使三者在同一竖直线上．当电磁铁断电释放小球后,小球能顺利通过两个光电门．
②将数字计时器与光电门连接，再接通电磁铁电源吸住小球，开始实验．切断电磁铁电源,小球落下．当小球经过光电门A,光路被切断瞬间，开始计时;当小球经过光电门B,光路被切断瞬间，停止计时．记录数字计时器显示的时间Δt。

③用直尺测出小球开始下落的位置到两个光电门中心的距离h1、h2.
由此计算重力加速度的表达式为g＝错误!(用Δt、h1、h2表示)．
（2）请写出一条能够减小本实验误差的方法:多次测量，求平均值(或换密度更大的小球进行实验、适当增加两光电门间的距离）．
解析：(1)由运动学公式，小球经过光电门A、B处的速度分别是v A＝错误!和v B＝错误!，加速度g＝错误!，代入解得g＝错误!。

（2）减小本实验误差的方法有：多次测量，求平均值；换密度更大的小球进行实验；适当增加两光电门间的距离．6．利用图(a）所示的装置测量滑块运动的加速度,将木板
固定在水平桌面上，光电门A固定在木板上靠近滑块处，光电门B的位置可移动，利用一根压缩的短弹簧来弹开带有遮光片的滑块．实验步骤如下:
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图（b)所示，d＝0.860 cm；
（2)两个光电门同时连接计时器，让滑块从O位置弹开并沿木板向右滑动，用计时器记录遮光片从光电门A运动至光电门B所用的时间t，再用刻度尺测量A、B之间的距离s。

则错误!表示滑块在A至B段的平均速度的大小；
（3)保持光电门A的位置不动，逐次改变光电门B的位置，每次都使滑块从O位置弹开，用计时器记录每次相应的t值,并用刻度尺测量A、B之间相应的距离s.每次实验重复几次测量后取平均值,这样可以减少实验的偶然误差（填“偶然”或“系统”）；
(4)若用s
t
－t图象处理数据，所得图象如图(c)所示,则该
图线在错误!轴上的截距表示滑块经过光电门A (或A ）时速度的大小；用作图法算出滑块运动的加速度a ＝2。

4（2。

2～2。

6均算正确） m/s 2。

(结果保留两位有效数字）
解析：（1）宽度d 的读数为8 mm ＋12×0.05 mm＝8.60 mm ＝0。

860 cm ；
（2）错误!表示滑块在A 至B 段的平均速度的大小;(3）每次实验重复几次测量后取平均值，是为了减小人为操作造成的误差，为偶然误差;(4）若某同学做该实验时将光电门B 的位置改变多次，光电门A 的位置保持不变，画出错误!－t 图线后，得出的纵轴截距的物理含义为滑块经过光电门A 的瞬时
速度；滑块在摩擦力作用下做匀减速直线运动，有s ＝v A t －12at 2，即错误!＝v A －错误!at ，由题中图象知，图线的斜率k ＝错误! m/s 2＝－1。

2 m/s 2，因此a ＝－2k ＝2。

4 m/s 2
.
7．伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还用实验验证了该猜想．某小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动．实验操作步骤如下:
①让滑块从距离挡板s 处由静止沿倾角为θ的斜面下滑，并同时打开右侧装置中的阀门，让水箱中的水流到量筒中；
②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门（假设水流均匀稳定）； ③记录下量筒收集的水量V ；
④改变s,重复以上操作；
⑤将测得的数据记录在表格中。

（1C。

A．水箱中水的体积B．水从水箱中流出的速度C．滑块下滑的时间D．滑块下滑的位移
(2)某同学漏填了第3组数据中量筒收集的水量V,若实验正常，则V＝73（71～75均算正确） mL；若保持下滑的距离s、倾角θ不变，增大滑块的质量，则水量V将不变（填“增加”“不变”或“减少")；若保持下滑的距离s、滑块质量不变，增大倾角θ，则水量V将减少（填“增加”“不变"或“减少”）．
（3)下列说法中不属于该实验误差来源的是C。

A．水从水箱中流出不够稳定
B．滑块开始下滑和开始流水不同步
C．选用的斜面不够光滑
D．选用了内径较大的量筒
解析：（1)因为水是均匀稳定地流出，所以流出的水的体积与时间成正比,所以该实验用量筒中收集的水量表示滑块下滑的时间，C正确；(2)该运动是匀变速直线运动，位移与时间的二次方成正比，即位移与水量的二次方成正比,即s＝kV2.根据1、3组数据可得s1＝kV2，1，s3＝kV2，3,小组同学漏填了第3组数据，实验正常，由此解得水量V3≈73 mL；若保持倾角θ不变，增大滑块质量,物体的加速度不变，则相同
的s，水量V将不变;若保持滑块质量不变，增大倾角θ，加速度将增大，则相同的s，时间减小，水量V将减少；(3)本实验误差的主要来源：水从水箱中流出不稳定；滑块开始下滑与水开始流动不同时;选用了内径较大的量筒．选用的斜面不够光滑并不影响实验结果，C正确,A、B、D错误．。