- 实验:用打点计时器测速度
- 共816题
如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可以测定重力加速度。
(1)所需器材有打点计时器(带导线)、线带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需________(填字母代号)中的器材。
A.直流电源、天平及砝码
B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、天平及砝码
D.交流电源、毫米刻度尺
(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度。为使图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图象外,还可作__________图象,其纵轴表示的是________,横轴表示的是________。
正确答案
(1)D
(2)-h,速度平方的二分之一,重物下落的高度
光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图乙所示的装置来测量滑块与长 1m 左右的木板间的动摩擦因数及被压缩弹簧的弹性势能,图中木板固定在水平面上,木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧(弹簧的长度与木板相比可忽略),弹簧右端与滑块接触,1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出.现使弹簧解除锁定,滑块获得一定的初速度后水平向右运动,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10-2 s和5.0×10-2 s.用游标卡尺测量小滑块的宽度d,游标卡尺的示数如图丙所示.
(1)读出滑块的宽度d=______cm.
(2)滑块通过光电门1的速度v1=______m/s,通过光电门2的速度v2=______m/s.
(3)若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L,已知当地的重力加速度为g,则滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为______.(各量均用字母表示)
(4)若用米尺测量出滑块的初始位置到光电门2的距离为s,为测量被压缩弹簧的弹性势能,则还需测量的物理量是______(说明其含义,并指明代表物理量的字母),被压缩弹簧的弹性势能可表示为______(各量均用字母表示).
正确答案
(1)由于该游标卡尺是10分度的,它的精确度是0.1mm,主尺的读数是55mm,游标尺上的读数是0.0mm,所以小铁块的宽度是55.0mm,即5.50cm.
(2)根据极限的思想,在时间很短时,我们可以用这一段的平均速度来代替瞬时速度,
所以铁块通过光电门l的速度是v1==
m/s=2.75m/s
铁块通过光电门2的速度是v2==
m/s=1.1m/s
(3)要测量动摩擦因数,由f=μFN 可知要求μ,需要知道摩擦力和压力的大小,滑块做的是匀加速直线运动,根据v1、v2和两个光电门之间的距离L,由速度位移的关系式可得,
v22-v12=2aL
对于整体由牛顿第二定律可得,
Mg-f=Ma
因为f=μFN,
所以由以上三式可得:μ=
(4)若要测量被压缩弹簧的弹性势能,还要知道滑块的质量.
由动能定理,选择从初位置到光电门2作为过程.
则有:W弹-μmgs=m
-0
即弹性势能为mv22+
故答案为:(1)5.50
(2)2.75 1.10
(3)
(4)滑块的质量m mv22+
某同学在做“研究匀变速直线运动”实验时,从打下的若干纸带中选出了如下图所示的一条纸带,已知打点计时器使用电源频率为50Hz,每两个相邻计数点间有四个点没有画出,则纸带上相邻两个计数点间的时间间隔为______s.如果用S1、S2、S3、S4、S5、S6来表示从O点开始各相邻两个计数点间的距离,用T表示两相邻记数点的时间间隔,则该匀变速直线运动的加速度的表达式为a=______(用符号写出表达式,不要求计算).打F点时物体的速度大小为vF=______m/s.(答案均要求保留3位有效数字)
正确答案
打点计时器打点周期与交变电流的周期相同.T=0.02s×5=0.1s;
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以得到:(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)=9aT2;
解得:a==
=1.93m/s2
E点瞬时速度等于DF段平均速度,为:vE==
=1.39m/s;
故F点速度为:vF=vE+aT=1.39+1.93×0.1≈1.58m/s
故答案为:0.1,,1.58.
如图是用计算机辅助实验系统(DIS)研究物体运动的显示结果,由图中AB段的图象可知,物体在AB段的运动可视匀加速运动;如果把A点的速度用V0表示,B点的速度用Vt表示,A到B的时间用△t表示,在此过程中物体的加速度用a表示.请根据实验所得到的上图,将图下方的四个““中相应的数据填上.
正确答案
(1)由图象纵坐标可以看出一个小格代表0.2m/s,A点在零刻线上方一个小格,
所以v0=0.2m/s
(2)由图象纵坐标可以看出一个小格代表0.2m/s,B点在零刻线上方5个小格,正好与纵坐标1.0m/s对应,
所以vt=1.0m/s
(3)从图中看出横坐标一个小格代表0.1秒,A到B之间水平间距5个小格,
所以△t=0.5s
(4)速度的变化量:△v=vt-v0=0.8m/s
由加速度定义式:a==1.6m/s2
故答案为:0.2;1.0;0.5;1.6
小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时,由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理,他从实验室里借取了如下器材:①电磁打点计时器;②天平;③低压直流电源;④细绳;⑤纸带;⑥小车;⑦钩码;⑧秒表;⑨一端附有定滑轮的长木板。小明看后觉得不妥,请你思考一下,哪些器材必须使用,哪些多余,还缺少什么?
(1)必须使用的器材有: ;
缺少的器材有: 。
(2)电磁打点计时器和电火花打点计时器都是使用 电源的 仪器,其中电火花打点计时器的工作电压是 V,电磁打点计时器的工作电压是 V。
(3)某次实验时打点计时器使用交流电的频率为50Hz,纸带的记录如图所示,图中O点为纸带的第一个点,接下来的前几个点模糊,因此从A点开始每打五个点取一个计数点,在打出A、F这两点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多大?________ (保留三位有效数字) B点的瞬时速度为多大?____________(保留三位有效数字)小车运动的加速度为多大? (保留三位有效数字)
正确答案
(1)①④⑤⑥⑦⑨,低压交流电源、导线、复写纸、刻度尺
(2)交流,计时,220,4~6
(3)0.365 m∕s,0.252 m∕s,0.738 m∕s2 (或0.710或0.688)
某同学测定匀变速直线运动的加速度时,得到了在不同拉力下的A、B、C、D、……等几条较为理想的纸带,并在纸带上每5个点取一个计数点,即相邻两计数点间的时间间隔为0.1s,将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5……,如图所示甲、乙、丙三段纸带,分别是从三条不同纸带上撕下的。
(1)在甲、乙、丙三段纸带中,属于纸带A的是______ 。
(2)打A纸带时,物体的加速度大小是________ m/s2。
(3)打点计时器打1号计数点时小车的速度为__________m/s。(结果保留2位有效数字)
正确答案
(1)乙
(2)3.11或3.10
(3)0.46
某同学仿照“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验,利用如图所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度。
(1)对该实验装置及其操作的要求,下列说法正确的是
[ ]
A.电磁打点计时器应接6V交流电源
B.打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上
C.重物最好选用密度较小的材料,如泡沫塑料
D.开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止
E.操作时,应先放开纸带后接通电源
F.为了减小误差,应重复多次实验,在打出的纸带中挑选一条最清晰的
G.为了便于测量,一定要找到打点计时器打下的第一个点,并选取其以后各连续的点作为计数点
(2)下图是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带。把开头几个模糊不清的点去掉,以较清晰的某一个点作为计数点O,随后每打3个点取一个计数点依次标记为点A、B、C 、D。测量出各点间的距离已标在纸带上。求打点计时器打出点2时重物的瞬时速度为 m/s,物体做自由落体运动的加速度的值约为 m/s2。(本题计算结果保留3位有效数字)
正确答案
(1)ABDF
(2)1.18,9.58
甲、乙两同学做“研究匀变速直线运动”实验,甲同学在笔记本上写下如下实验步骤:
A.在桌面上放好长木板,在无滑轮的一端固定电磁打点计时器,将纸带固定的小车上,并使纸带穿过电火花打点计时器的限位孔.
B.用细线的一端拴住小车,细线的另一端跨过木板上的定滑轮挂上钩码,将小车放在靠近电磁打点计时器一端的木板上.
C.用导线将电火花打点计时器接到6V直流电源上.
D.放开小车,接通电源,让小车运动后使电磁打点计时器打点.
E.打开电键,取下纸带,测量和分析纸带.
乙同学检查了甲同学拟定的实验步骤,发现有两处错误.请你代他纠正甲同学的错误:
错误1:______.
错误2:______.
纠正错误后,两同学顺利得到了正确的纸带,如图所示,纸带上A、B、C、D、E、F、G是7个计数点,每相邻2个计数点间还有4个点未画出,已知电磁打点计时器使用的电源频率为50Hz,用毫米刻度尺测量的数据已标示在图上.则打点B时刻小车的速度______m/s;打点E时刻小车的速度为______m/s小车运动的加速度为______m/s2;(以上三空保留二位有效数字).
正确答案
电磁打点计时器是根据交变电流的电流方向随时间迅速改变而工作的,故应该接交变电流;
为增加打点个数,应该先接通电源后释放小车;
根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,所以:
vB==
=0.40m/s;
vE==
=0.64m/s;
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值
得:a=(a1+a2+a3)
代入数据解得a=0.81m/s2.
故答案为:电磁打点计时器不能接直流电源,而应该接6V交流电源,应先合上电键再放开小车,而不是先放开小车再合上电源,0.40,0.64,0.81.
做匀变速直线运动的小车带动纸带通过电火花计时器,打出的部分计数点如图所示.每相邻两点间还有四点未画出来,电火花计时器使用的是220V、T=0.02s的交流电,求:电火花计时器打第2个计数点时,小车的速度v2=______m/s,小车的加速度a=(公式)______;(结果)______m/s2.(结果保留两位有效数字)
正确答案
每相邻两点间还有四个点未画出来,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,
得:v==
m/s=0.49m/s;
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:S4-S1=3a1T2
S5-S2=3a2T2
S6-S3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值
得:a=(a1+a2+a3)
即小车运动的加速度计算表达式为:
a=
a=m/s2=0.88m/s2
故答案为:0.49,0.88.
如图是物体做匀变速运动纸带的一部分,已知所用打点计时器的周期T=0.02s,A、B、C分别是三个记数点,每两个记数点间有四个记时点未画出来,纸带下方是一把毫米刻度尺.则由纸带和刻度尺可知:A与B之间的距离为______cm,B与C之间的距离为______cm,该匀变速直线运动的加速度是a=______m/s2.
正确答案
相邻两个记数点之间还有四个点图上没有画出,相邻的计数点时间间隔为0.1s,
利用毫米刻度尺测出A与B之间的距离为2.50cm,B、C两点间距5.09cm.
由△x=at2得
a==2.59m/s2.
故答案为:2.50;5.09;2.59
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