2018高中物理 每日一題之快樂暑假 第19天 實驗：用打點計時器研究自由落體運(yùn)動（含解析）新人教版.doc

第19天 實驗：用打點計時器研究自由落體運(yùn)動考綱要求：難易程度：某同學(xué)利用圖甲所示的實驗裝置測量重力加速度。（1）請指出該同學(xué)在實驗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，測得h1、h2、h3、h4、h5。若打點的周期為T，則打E點時重物的速度vE=_；若分別計算出各計數(shù)點對應(yīng)的速度數(shù)值，并在坐標(biāo)系中畫出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_?！緟⒖即鸢浮浚?）打點計時器應(yīng)接交流電源 重物釋放時應(yīng)靠近打點計時器 （2） 9.4（3）空氣阻力和紙帶與打點計時器限位孔間的摩擦【試題解析】（1）打點計時器應(yīng)接交流電源，接直流電源無法打點；重物釋放時應(yīng)靠近打點計時器，否則打點過少，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，v2h圖線的斜率為2倍的重力加速度，所以。（3）測量值小于實際值，產(chǎn)生誤差的主要原因為空氣阻力和紙帶與打點計時器限位孔間的摩擦?！局R補(bǔ)給】自由落體運(yùn)動實驗研究自由落體運(yùn)動和測重力加速度實驗屬于研究勻變速直線運(yùn)動的實驗，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)（由于誤差和實驗方法，不等于重力加速度）。研究勻變速直線運(yùn)動實驗的實驗方法和數(shù)據(jù)處理方法都能夠用到探究自由落體運(yùn)動的加速度實驗中。實驗可用打點計時器和紙帶進(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)利用如圖所示的實驗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，計時裝置記錄小鐵球經(jīng)過光電門所用的時間t=2.50103s，由此可得小鐵球經(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)計的測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶嶒炑b置，他們的主要操作如下：安裝實驗器材，調(diào)節(jié)試管夾（小鐵球）、光電門和紙杯在同一豎直線上。打開試管夾，由靜止釋放小鐵球，用光電計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，然后計算出小鐵球通過兩光電門間的平均速度v。固定光電門B的位置不變，改變光電門A的高度，重復(fù)的操作。測出多組（h，t），并計算出對應(yīng)的平均速度v。畫出vt圖象。請根據(jù)實驗，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）實驗測得的數(shù)據(jù)如表所示。實驗次數(shù)h/cmt/sv/（ms-1）110.00.0283.57220.00.0593.39330.00.0923.26440.00.1313.05550.00.1762.84660.00.2352.55請在圖乙所示坐標(biāo)紙上畫出vt圖象。（3）根據(jù)vt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）。實驗過程沒有錯誤，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的速度為_m/s，小球做自由落體運(yùn)動的加速度為_m/s2。（計算結(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”的實驗。實驗器材有：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。具體實驗步驟如下：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；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；用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度；采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。（1）實驗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的條件是_。（2）實驗中觀察到水滴“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）該實驗存在的系統(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?，實驗所用交流電源的頻率為50 Hz。 （1）甲同學(xué)實驗時得到的紙帶點跡清晰且第1點與第2點間的距離為1.5 cm，則造成該現(xiàn)象的主要操作原因是_。（2）乙同學(xué)按正確操作也得到一條點跡清晰的紙帶，在紙帶上選取一個點為計時零點，測出后面各點到該計時零點的距離h，及記錄各點對應(yīng)的時刻t，作出圖象如圖2所示，由實驗測得當(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)用電火花計時器（其打點周期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_（只需填選項字母）。A直尺 B46 V交流電源 C天平 D紙帶（2）實驗中取紙帶上的一段，點1、2、39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，測量值與實際值有差異的主要原因是_?！緟⒖即鸢浮浚?）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。（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）該實驗存在的系統(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值?！军c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。