稿件来源:高途
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必修1
第二章 匀变速直线运动的研究
2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系
匀变速直线运动的速度位移公式
某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量自由落体过程中的重力加速度。铁架台竖直放置在水平面上,上端为位置可调节的电磁铁$M$,$A$、$B$为位置固定的光电门,光电门均与数字计时器(未画出)相连,已知钢球的直径为$d$。
实验步骤如下:
①接通$M$的开关,吸住钢球;
②将光电门$A$、$B$置于在钢球正下方,测得两光电门间距为$h$;
③断开$M$的开关,钢球自由下落,记录钢球分别通过光电门$A$、$B$的遮光时间$t_{1}$和$t_{2}$;
④保持光电门$A$、$B$位置不变而改变电磁铁$M$的位置并再次固定,重复步骤③;
⑤多次重复④测得多组数据。
回答下列问题:
小球经过光电门$A$时的速度为 ,通过光电门$B$时的速度为 (用题中给出的字母表示);
小球经过光电门$A$时的速度为$v_{A}=\dfrac{d}{t_{1}}$
通过光电门$B$时的速度为$v_{B}=\dfrac{d}{t_{2}}$
该小组同学通过改变电磁铁$M$的位置进行多次实验,测得多组钢球通过两光电门的遮光时间$t_{1}$、$t_{2}$的数据,并根据测得的数据在坐标纸上描点,拟合图线,得到的图像最合理的是$(\quad\ \ \ \ )$(填字母);
依题意,可得$v_{B}^{2} − v_{A}^{2}=2gh$
联立,解得$\dfrac{1}{t_{1}^{2}}=\dfrac{1}{t_{2}^{2}}-\dfrac{2gh}{d^{2}}$
故选:$\rm D$。
根据($2$)得到的最合理图像,已知图像与横轴的截距绝对值为$a$,则重力加速度$g=$ (用题中所给的相关物理量的字母表示)。
结合($2$)中最合理的图像,可得$0=a-\dfrac{2gh}{d^{2}}$
解得$g=\dfrac{ad^{2}}{2h}$
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