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2022高中物理 每日一題之快樂暑假 第19天 實(shí)驗(yàn):用打點(diǎn)計(jì)時器研究自由落體運(yùn)動(含解析)新人教版

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1、2022高中物理 每日一題之快樂暑假 第19天 實(shí)驗(yàn):用打點(diǎn)計(jì)時器研究自由落體運(yùn)動(含解析)新人教版 考綱要求:Ⅰ 難易程度:★★★☆☆ 某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量重力加速度。 (1)請指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯誤: ________________________________、_______________________________。 (2)該同學(xué)經(jīng)正確操作后得到如圖乙所示的紙帶,取連續(xù)的六個點(diǎn),測得h1、h2、h3、h4、h5。若打點(diǎn)的周期為T,則打E點(diǎn)時重物的速度vE=___________;若分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度數(shù)值,并在坐標(biāo)系中

2、畫出v2與h的關(guān)系圖線,如圖丙所示,則重力加速度 g=________m/s2。 (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.8 m/s2,請寫出誤差的主要原因________________。 【參考答案】(1)打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接交流電源 重物釋放時應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時器 (2) 9.4 (3)空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器限位孔間的摩擦 【試題解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接交流電源,接直流電源無法打點(diǎn);重物釋放時應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時器,否則打點(diǎn)過少,浪費(fèi)紙帶,且不一定能獲得誤差較小的有效數(shù)據(jù)。 (2)利用勻變速直線運(yùn)動的推論有,根據(jù)有,v2–h圖線的斜率為2倍的重力加速度,所以。 (3)測量值小于實(shí)際值,產(chǎn)生

3、誤差的主要原因?yàn)榭諝庾枇图垘c打點(diǎn)計(jì)時器限位孔間的摩擦。 【知識補(bǔ)給】 自由落體運(yùn)動實(shí)驗(yàn) 研究自由落體運(yùn)動和測重力加速度實(shí)驗(yàn)屬于研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn),只是勻變速直線運(yùn)動中物體運(yùn)動的加速度大小不確定,而自由落體運(yùn)動中物體運(yùn)動的加速度與重力加速度相關(guān)(由于誤差和實(shí)驗(yàn)方法,不等于重力加速度)。 研究勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法都能夠用到探究自由落體運(yùn)動的加速度實(shí)驗(yàn)中。實(shí)驗(yàn)可用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶進(jìn)行研究,也可用光電門測速度或頻閃儀得到等時間間隔的位移等。 如圖,拿一個長約1.5 m的玻璃筒,一端封閉,另一端有開關(guān),把金屬片和小羽毛放到玻璃筒里由靜止釋放。觀察金屬片和小羽

4、毛下落的情況,下列說法正確的是 A.筒內(nèi)充滿空氣時,兩者下落一樣快 B.筒內(nèi)充滿空氣時,兩者均做自由落體運(yùn)動 C.筒內(nèi)抽出空氣后,兩者均做自由落體運(yùn)動 D.筒內(nèi)抽出空氣后,金屬片比小羽毛下落快 某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測定重力加速度的大小,具體的操作和相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄如下: A.接通電磁鐵的電源(圖中未畫出),吸住小鐵球; B.用游標(biāo)卡尺測出小鐵球的直徑d=10.0 mm; C.用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離L=82 cm; D.電磁鐵斷電時,小鐵球自由下落。 (1)在小鐵球下落時,計(jì)時裝置記錄小鐵球經(jīng)過光電門所用的時間t=2.50×10–3s,由此可得小鐵

5、球經(jīng)過光電門的速度公式為v=_________(用題給物理量的字母表示),速度大小為________m/s。 (2)計(jì)算重力加速度的公式為g=__________,重力加速度的值為________m/s2(保留三位有效數(shù)字)。 圖甲所示為某中學(xué)物理課外學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)的測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn)裝置,他們的主要操作如下: ①安裝實(shí)驗(yàn)器材,調(diào)節(jié)試管夾(小鐵球)、光電門和紙杯在同一豎直線上。 ②打開試管夾,由靜止釋放小鐵球,用光電計(jì)時器記錄小鐵球在兩個光電門間的運(yùn)動時間t,并用刻度尺(圖上未畫出)測量出兩個光電門之間的高度h,然后計(jì)算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v。 ③固定光電門B的位

6、置不變,改變光電門A的高度,重復(fù)②的操作。測出多組(h,t),并計(jì)算出對應(yīng)的平均速度v。 ④畫出v–t圖象。 請根據(jù)實(shí)驗(yàn),回答如下問題: (1)設(shè)小鐵球到達(dá)光電門B時的速度為vB,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則小鐵球通過兩光電門間的平均速度v的表達(dá)式為_________。(用vB、g和t表示)? (2)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表所示。 實(shí)驗(yàn)次數(shù) h/cm t/s v/(m·s-1) 1 10.0 0.028 3.57 2 20.0 0.059 3.39 3 30.0 0.092 3.26 4 40.0 0.131 3.05 5 50.0 0.176 2

7、.84 6 60.0 0.235 2.55 請?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上畫出v–t圖象。 (3)根據(jù)v–t圖象,可以求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=_______m/s2。(結(jié)果保留3位有數(shù)數(shù)字) 如圖是某同學(xué)研究小球下落時的頻閃照片,頻閃儀每隔0.1 s閃光一次并進(jìn)行拍照。照片中小球靜止時在位置1。某時刻釋放小球,下落中的小球各位置與位置1的距離已在圖中標(biāo)出(單位:cm)。實(shí)驗(yàn)過程沒有錯誤,但該同學(xué)發(fā)現(xiàn)圖中數(shù)據(jù)存在以下問題:根據(jù),而圖中標(biāo)出的位置1和位置2的距離為1.23 cm,比4.90 cm小很多,你對此問題的解釋是_______________________。下落中小球在位置3的速度

8、為_________m/s,小球做自由落體運(yùn)動的加速度為_______m/s2。(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字) 在暗室中用如圖所示的裝置做“測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管,螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀等。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下: ①在漏斗內(nèi)盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會以一定的頻率一滴滴地落下; ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴; ③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度; ④采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 (1)實(shí)驗(yàn)中看到一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻率滿足

9、的條件是_____________。 (2)實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz,某同學(xué)讀出其中比較圓的水滴到第一個水滴的距離如圖所示,則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=________m/s2;第8個水滴此時的速度v8=________m/s。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有________________________(答出一條即可)。 某興趣小組的同學(xué)用如圖1所示的裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋瑢?shí)驗(yàn)所用交流電源的頻率為50 Hz。 (1)甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)時得到的紙帶點(diǎn)跡清晰且第1點(diǎn)與第2點(diǎn)間的距離為1.5 cm,則造成該現(xiàn)象的主要操作原因是____

10、________。 (2)乙同學(xué)按正確操作也得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,在紙帶上選取一個點(diǎn)為計(jì)時零點(diǎn),測出后面各點(diǎn)到該計(jì)時零點(diǎn)的距離h,及記錄各點(diǎn)對應(yīng)的時刻t,作出圖象如圖2所示,由實(shí)驗(yàn)測得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=_________ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),該同學(xué)從資料上查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.8 m/s2,他發(fā)現(xiàn)重力加速度g的測量值與實(shí)際值有差異,造成這個差異的原因可能為________________。 某同學(xué)用電火花計(jì)時器(其打點(diǎn)周期T=0.02 s)來測定自由落體的加速度。 (1)下列器材中,不需要的是___________(只需填選項(xiàng)字母)。 A.直尺  

11、B.4~6 V交流電源 C.天平   D.紙帶 (2)實(shí)驗(yàn)中取紙帶上的一段,點(diǎn)1、2、3……9為連續(xù)打出的,如圖所示,由此測得加速度的大小為________m/s2。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,測量值與實(shí)際值有差異的主要原因是____________________________________________________________________________。 【參考答案】 (1)小鐵球經(jīng)過光電門所用時間很短,可以用平均速度代替瞬時速度,所以v==4 m/s。 (2)根據(jù)v2=2gh,可得。

12、 (1) (2)如圖所示 (3)9.85 (1)小鐵球通過兩光電門間的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,根據(jù)速度時間關(guān)系可得,解得:。 (2)根據(jù)題中數(shù)據(jù),描點(diǎn)作圖: (3)根據(jù)可知,圖線斜率的絕對值是,則,解得:。 (1)頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率 (2)9.72 2.28 (3)空氣阻力(或水滴滴落的頻率變化) (1)由于頻閃儀的頻率由大到小調(diào)節(jié),故當(dāng)頻閃儀的頻率等于水滴滴落的頻率時,第一次看到一串仿佛固定不動的水滴。 (2)由逐差法可得,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的中間時刻速度等于該過程的平均速度可得。 (3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有空氣阻力或水滴滴落的頻率變化。 的質(zhì)量無關(guān),所以不需要天平,故選BC。 (2)根據(jù)導(dǎo)出公式,由題圖所示紙帶可知,重力加速度; (3)物體在下落過程中由于受到摩擦阻力、空氣阻力作用,使重力加速度的測量值小于真實(shí)值。 【點(diǎn)睛】做處理紙帶數(shù)據(jù)時,勻變速直線運(yùn)動的兩個推論能使我們更為方便解決問題,一、在相等時間內(nèi)走過的位移差是一個定值,即,二、在選定的某一過程中,中間時刻瞬時速度等于該過程中的平均速度。

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