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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
某同学利用图甲所示的实验装置,探究物体在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始匀加速运动,重物落地后,物块再匀减速运动一段距离后停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点顺次开始,每$5$个点取$1$个计数点相邻计数点间的距离如图乙所示,实验采用电火花打点计时器,所用电源的频率为$50\;\rm Hz$。
所用实验器材除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端带有滑轮的长木板、绳、钩码、导线及开关外,在下面的器材中,必须使用的还有$(\quad\ \ \ \ )$(填选项前的字母);
$6\\;\\rm V$直流电源
","$6\\;\\rm V$交流电源
","$220\\;\\rm V$交流电源
","秒表
","刻度尺
","天平
"]$\rm ABC$.电火花打点计时器要打点,需要电压为$220\;\rm V$的交流电源,$A$故$\rm B$错误,故$\rm C$正确;
$\rm D$.打点计时器就可以计时,不需要秒表,故$\rm D$错误;
$\rm E$.打出的纸带需要测量点间的长度,需要刻度尺,故$\rm E$正确;
$\rm F$.可由打出的纸带来计算速度和加速度,不需要天平测量物体的质量,$\rm F$错误。
故选:$\rm CE$。
该实验过程中操作正确的是$(\quad\ \ \ \ )$(填选项前的字母);
固定好打点计时器,让纸带穿过限位孔并在复写纸盘上面
","调节滑轮的高度使细绳与木板平行
","将小车从远离打点计时器的位置释放
","先启动打点计时器,后释放小车
"]$\rm A$.固定好打点计时器,让纸带穿过限位孔并在复写纸盘下面,故$\rm A$错误;
$\rm B$.为了保证小车运动过程受到的细线拉力恒定不变,需要调节滑轮的高度使细绳与木板平行,故$\rm B$正确;
$\rm C$.为了充分利用纸带,应将小车从靠近打点计时器的位置释放,故$\rm C$错误;
$\rm D$.为了充分利用纸带,应先启动打点计时器,后释放小车,故$\rm D$正确。
故选:$\rm BD$。
打下第$4$个计数点时,物块的速度为 $\;\rm m/s$(保留$2$位有效数字),物块匀加速运动过程中的加速度大小为 $\;\rm m/s^{2}$(保留$3$位有效数字)。
由题知,每$5$个点取$1$个计数点,故$T=5\times 0.02\;\rm s=0.1\;\rm s$
根据瞬时速度与平均速度的关系可得打下第$4$个计数点时,物块的速度为$v_{4}=\dfrac{7.01\;\rm \text{cm}+9.00\ \text{cm}}{2 \times 0.1\ \text{s}}=0.80\;\rm \text{m}/\text{s}$
由于$1\sim 6$计数点间距逐渐增大,且相邻时间间隔内的位移差$\Delta x_{1}\approx 2\;\rm cm$,则$1\sim 6$计数点可认为小车做匀加速直线运动,根据逐差法可得加速过程的加速度为$a=\dfrac{11.00+9.00-7.01-5.02}{{0.2}^{2}}\;\rm \text{cm}/\text{s}^{2} \approx 2.00\;\rm \text{m}/\text{s}^{2}$
打下第$4$个计数点后,经过 $\;\rm s$物块的速度达到最大(保留$2$位有效数字)。
由于$7\sim 10$计数点间距逐渐减小,且相邻时间间隔内的位移差$\Delta x_{2}=2\;\rm cm$,则$7\sim 10$计数点可认为小车做匀减速直线运动,根据逐差法可得减速过程的加速度大小为$a'=\dfrac{10.60- 8.60}{{0.1}^{2}}\;\rm \text{cm}/\text{s}^{2}= 2.00\;\rm \text{m}/\text{s}^{2}$
根据以上分析可知物块的速度达到最大应该在$6\sim 7$计数点间,计数点$9$的速度为$v_{9}=\dfrac{8.60\;\rm \text{cm}+6.60\ \text{cm}}{2 \times 0.1\ \text{s}}=0.76\;\rm \text{m}/\text{s}$
从$4$到$9$点,设物块加速时间为$t_{1}$,减速时间为$t_{2}$,则有$t_{1}+t_{2}=0.5\;\rm s$
由匀变速直线运动速度时间公式可有$v_{m}=v_{4}+at_{1}=v_{9}+a't_{2}$
解得$t_{1}=0.24\;\rm s$
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