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

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1、2022高中物理 每日一題之快樂(lè)暑假 第19天 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)（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(cè)量重力加速度。 （1）請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)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(gè)點(diǎn)，測(cè)得h1、h2、h3、h4、h5。若打點(diǎn)的周期為T，則打E點(diǎn)時(shí)重物的速度vE=___________；若分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)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(qǐng)寫出誤差的主要原因________________。 【參考答案】（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源 重物釋放時(shí)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 （2） 9.4 （3）空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔間的摩擦 【試題解析】（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，接直流電源無(wú)法打點(diǎn)；重物釋放時(shí)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，否則打點(diǎn)過(guò)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(dòng)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(cè)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(shí)器限位孔間的摩擦。 【知識(shí)補(bǔ)給】 自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 研究自由落體運(yùn)動(dòng)和測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)屬于研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，只是勻變速直線運(yùn)動(dòng)中物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小不確定，而自由落體運(yùn)動(dòng)中物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的加速度實(shí)驗(yàn)中。實(shí)驗(yàn)可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶進(jìn)行研究，也可用光電門測(cè)速度或頻閃儀得到等時(shí)間間隔的位移等。 如圖，拿一個(gè)長(zhǎng)約1.5 m的玻璃筒，一端封閉，另一端有開(kāi)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(shuō)法正確的是 A．筒內(nèi)充滿空氣時(shí)，兩者下落一樣快 B．筒內(nèi)充滿空氣時(shí)，兩者均做自由落體運(yùn)動(dòng) C．筒內(nèi)抽出空氣后，兩者均做自由落體運(yùn)動(dòng) 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(cè)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(cè)出小鐵球的直徑d=10.0 mm； C．用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離L=82 cm； D．電磁鐵斷電時(shí)，小鐵球自由下落。 （1）在小鐵球下落時(shí)，計(jì)時(shí)裝置記錄小鐵球經(jīng)過(guò)光電門所用的時(shí)間t=2.50×10–3s，由此可得小鐵

5、球經(jīng)過(guò)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_(kāi)_______m/s。 （2）計(jì)算重力加速度的公式為g=__________，重力加速度的值為_(kāi)_______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(cè)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(kāi)試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，并用刻度尺（圖上未畫出）測(cè)量出兩個(gè)光電門之間的高度h，然后計(jì)算出小鐵球通過(guò)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(cè)出多組（h，t），并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的平均速度v。 ④畫出v–t圖象。 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，回答如下問(wèn)題： （1）設(shè)小鐵球到達(dá)光電門B時(shí)的速度為vB，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則小鐵球通過(guò)兩光電門間的平均速度v的表達(dá)式為_(kāi)________。（用vB、g和t表示）? （2）實(shí)驗(yàn)測(cè)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(qǐng)?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(shí)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(shí)在位置1。某時(shí)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(guò)程沒(méi)有錯(cuò)誤，但該同學(xué)發(fā)現(xiàn)圖中數(shù)據(jù)存在以下問(wèn)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(duì)此問(wèn)題的解釋是_______________________。下落中小球在位置3的速度

8、為_(kāi)________m/s，小球做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度為_(kāi)______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(cè)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(huì)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(dòng)的水滴； ③用豎直放置的米尺測(cè)得各個(gè)水滴所對(duì)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(dòng)的水滴時(shí)，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(dòng)”時(shí)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(gè)水滴的距離如圖所示，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=________m/s2；第8個(gè)水滴此時(shí)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(cè)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(shí)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(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，測(cè)出后面各點(diǎn)到該計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離h，及記錄各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t，作出圖象如圖2所示，由實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量值與實(shí)際值有差異，造成這個(gè)差異的原因可能為_(kāi)_______________。 某同學(xué)用電火花計(jì)時(shí)器（其打點(diǎn)周期T=0.02 s）來(lái)測(cè)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(cè)得加速度的大小為_(kāi)_______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(cè)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(guò)光電門所用時(shí)間很短，可以用平均速度代替瞬時(shí)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(guò)兩光電門間的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，根據(jù)速度時(shí)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(duì)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(shí)，第一次看到一串仿佛固定不動(dòng)的水滴。 （2）由逐差法可得，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的中間時(shí)刻速度等于該過(guò)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(wú)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(guò)程中由于受到摩擦阻力、空氣阻力作用，使重力加速度的測(cè)量值小于真實(shí)值。 【點(diǎn)睛】做處理紙帶數(shù)據(jù)時(shí)，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)推論能使我們更為方便解決問(wèn)題，一、在相等時(shí)間內(nèi)走過(guò)的位移差是一個(gè)定值，即，二、在選定的某一過(guò)程中，中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度。