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高中 | 测量平均速度和瞬时速度题目答案及解析如下,仅供参考!
必修1
第一章 运动的描述
1.4 实验:用打点计时器测速度
测量平均速度和瞬时速度
“探究加速度与质量的关系”的实验装置如图所示。按图设置好实验装置后,把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码。
同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材:
$\rm A$.直流电源、导线
$\rm B$.交流电源、导线
$\rm C$.天平(含配套砝码)
$\rm D$.刻度尺
$\rm E$.秒表
其中必要的器材是 ;图中木板右端被垫高,这样做的目的是 。
打点计时器需要交流电源,验证牛顿第二定律需要用天平测量小车的质量,打点计时器本身就是计时工具,不需要秒表;需要使用刻度尺测量纸带打点之间的距离。
故选:$\rm BCD$。
图中木板右端被垫高,这样做的目的是为了消除摩擦力对小车的影响,即平衡摩擦力。
某同学正确进行实验后,打出了一条纸带如图所示。计时器打点的时间间隔为$0.02\;\rm s$。从比较清晰的点起,每$5$个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。则在打下点迹$4$时,小车运动的速度$v=$ $\;\rm m/s$(结果保留$3$位有效数字),该小车的加速度$a=$ $\;\rm m/s^{2}$;(结果保留$3$位有效数字)
依题意,纸带上相邻计数点间的时间间隔为$T=5 \times 0.02\;\rm s=0.1\;\rm s$
匀变速直线运动中,某段时间内的中间时刻速度等于平均速度,所以$v_{4}=\dfrac{x_{35}}{2T}=\dfrac{3.83+3.99}{2 \times 0.1} \times 10^{- 2}\ \rm m/s=0.391\ \rm m/s$
根据逐差法可得加速度$a=\dfrac{x_{35}-x_{13}}{4T^{2}}=\dfrac{(3.83+3.99)-(3.50+3.68)}{4 \times {0.1}^{2}}10^{- 2}\ \rm m/s^{2}=0.160\ \rm m/s^{2}$
根据测量的实验数据作出物体的加速度$a$和拉力$F$图线即:$a-F$图线(右上图),发现其不通过原点,请分析其主要原因是 ;
在开始阶段,拉力不为零时,加速度为$0$,说明合外力为$0$,即平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。
在对上一问中的装置进行了调整后,$a-F$图线能够通过原点。为得到更多的数据点,该同学不断改变槽码质量,发现随着$F$增大,$a-F$图像由直线逐渐变为一条弯曲的图线,如图所示。图线在末端弯曲的原因是 。
对槽码,根据牛顿第二定律得$mg-F=ma$
对小车由牛顿第二定律得$F=Ma$
解得$F=\dfrac{M}{M+m}mg$
开始时,槽码质量远小于小车质量,绳上拉力近似等于槽码的重力,$a-F$图像为直线。当槽码质量不再远小于小车质量时,绳上拉力小于槽码的重力,加速度将减小,所以图线在末端弯曲的原因是所挂槽码的总质量太大。
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