匀变速直线运动纸带实验

专题一 实验一

1．(2015年吉林检测)测定木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图的装置，图中长木板水平固定．

(1)实验过程中，电火花计时器应接在交流电源上，调整定滑轮高度，使________________________________________________________________________．

(2)已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间动摩擦因数μ＝__________________________.

(3)如图所示为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点未画出．从纸带上测出s1＝3.20 cm，s2＝4.52 cm，s5＝8.42 cm，s6＝9.70 cm.则木块加速度大小a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)．

【答案】(1)细线与长木板平行

mg－m＋Ma(2) (3)1.3 Mg

【解析】(1)为了使细线的拉力方向与木块运动方向相同，应调整细线与长木板平行．

(2)根据牛顿第二定律，对砝码盘和砝码整体有mg－F＝ma

对木块有F－μMg＝Ma

mg－m＋Ma联立两方程得μ＝Mg

(3)利用逐差法得

s5＋s6－s1＋s2a＝＝1.3 m/s2. 8T2．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．现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中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1.0×102 s和4.0×103 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＝________cm.

(2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝________m/s.(结果保留2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，它们实质上是通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些．

【答案】(1)1.010 (2)1.0 2.5

(3)平均速度 滑块

【解析】(1)d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm.

d1.010×10(2)v1m/s≈1.0 m/s t11.0×10－2d1.010×10v2＝ m/s≈2.5 m/s. t24.0×10－－－2

(3)v1、v2实质上是通过光电门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．

3．某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况，下图所示为该同学实验时打出的一条纸带中的部分计数点(后面计数点未画出)，相邻计数点间有4个点迹未画出(打点计时器每隔0.02 s打出一个点)．

(1)为研究小车的运动，该同学用剪刀沿虚线方向把纸带上OB、BD、DF等各段纸带剪下，将剪下的纸带一端对齐，按顺序贴好，如图所示．简要说明怎样判断此小车是否做匀加速直线运动．

(2)在上图中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.31 cm，x4＝8.94 cm，x5＝9.57 cm，x6＝10.20 cm，则打下点迹A时，小车运动的速度大小是______m/s，小车运动的加速度大小是________m/s2(计算结果均保留2位有效数字)．

【答案】(1)见解析 (2)0.74 0.63

【解析】(1)若各段纸带上方的左上角、中点或各段纸带的中点连接后为一条直线，或每条纸带比前一条纸带长度增加量相同，则说明小车做匀加速直线运动．

x1＋x27.05＋7.68×102

(2)vA＝m/s≈0.74 m/s 2T2×0.1－

用逐差法计算小车运动的加速度

x＋x＋x－x＋x＋xa＝0.63 m/s2. 9T4．某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度．实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开．图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm.试问：

(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的________原理类似．

(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.

(结果均保留2位有效数字)

【答案】(1)打点计时器 (2)0.20 0.19

【解析】(1)由题知滴水计时器的原理与打点计时器原理类似．

(2)可把小车的运动看作是匀变速直线运动，则

v4＝v＝x＋x＝0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56＋x45＋x34)－(x23＋x12＋x01)＝2T

－－9aT2，即(5.15＋4.41＋3.65)×102 m－(2.91＋2.15＋1.40)×102 m＝9a×(0.2 s)2，解得a≈0.19

m/s2.

5．(2015年苏南四市调研)在暗室中用如图甲所示的装置做“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：

甲

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圆的水滴到第一个水滴的距离如图乙所示，根据数据测得当地重力加速度g＝______m/s2；第8个水滴此时的速度v8＝______m/s.(结果都保留3位有效数字

)

乙

(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：

________________________________________________________________________.

【答案】(1)频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率 (2)9.72 2.28

(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)

【解析】(1)当频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时，才能看到空间有一串仿佛固定不动的水滴．

(2)由题图示距离可知x1＝(19.30－13.43) cm＝5.87×102 m，x2＝(26.39－19.30) cm＝－

7.09×102 m，x3＝(34.48－26.39) cm＝8.09×102 m，x4＝(43.67－34.48) cm＝9.19×102 m，－－－

x4＋x3－x2－x11闪光周期Ts，利用逐差法测得当地重力加速度g＝＝9.72 m/s2，第8个水304T34.48－19.30－滴此时的速度v8＝×30×102 m/s＝2.28 m/s. 2

(3)该实验存在系统误差的原因可能有存在空气阻力、水滴滴落的频率变化、米尺没有竖直放置等．

6．某物理小组的同学用如图甲所示的实验器材测定当地的重力加速度，实验器材由底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和光电门2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小球释放点)、可使小球无初速度释放的小球释放器和网兜组成．实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2所用的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h

.

甲

乙 丙

(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球的直径为________mm.

(2)改变光电门1的位置，保持光电门2的位置不变，小球经过光电门2时的速度为v，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则h、t、g、v四个物理量之间的关系为________．

h(3)－t图线，若图线斜率的绝对值为k，图线在纵轴上t

的截距为a，根据图线可求出重力加速度的大小为________．

1【答案】(1)11.70 (2)h＝－2＋vt (3)2k 2

【解析】(1)游标卡尺游标尺的分度为20分度，游标卡尺的精确度为0.05 mm，由图可知

第14条刻度线与主尺某刻度线对齐，所以读数为d＝11 mm＋14×0.05 mm＝11.70 mm.

(2)由于光电门2位置不变，将小球的自由落体运动反向看成竖直向上的匀减速直线运动，

11由s＝v0t＋at2可知关系式为h＝vt－gt2. 22

1h1h1(3)由关系式h＝vt－2可知＋v，所以作出的－t图线的斜率的绝对值k＝，2t2t2

即重力加速度的大小为2k.