- 实验:用打点计时器测速度
- 共816题
如图为接在50Hz低压交流电源上的打点计时器,在纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带,图中所示的是每打5个点所取的记数点,但第3个记数点没有画出.由图数据可求得:
(1)该物体的加速度为______m/s2,
(2)第3个记数点与第2个记数点的距离约为______cm,
(3)打第2个计数点时该物体的速度为______m/s.
正确答案
(1)设1、2间的位移为x1,2、3间的位移为x2,3、4间的位移为x3,4、5间的位移为x4;
因为周期为T=0.02s,且每打5个点取一个记数点,所以每两个点之间的时间间隔T=0.1s;
由匀变速直线运动的推论xm-xn=(m-n)at2得:
x4-x1=3at2带入数据得:
(5.84-3.62)×10-2=a×0.12
解得:a=0.74m/s2.
(2)第3个记数点与第2个记数点的距离即为x2,由匀变速直线运动的推论:x2-x1=at2得:
x2=x1+at2带入数据得:
x2=3.62×10-2+0.74×0.12=0.0436m
即为:4.36cm.
(3)打第2个点时的瞬时速度等于打1、3之间的平均速度,因此有:
v2==0.399m/s
故答案为:(1)0.74(2)4.36(3)0.399
(1)一游标卡尺的主尺最小分度为1mm,游标上有10个小等分间隔,现用此卡尺来测量工件的直径,游标部分放大图如图所示.该工件的直径为______mm.
(2)要测一个待测电阻Rx(190Ω~210Ω)的阻值,实验室提供了如下器材:
电源E:电动势3.0V,内阻不计;
电流表A1:量程0~10mA,内阻r1约50Ω;
电流表A2:量程0~500μA,内阻r2为1000Ω;
滑动变阻器R1:最大阻值20Ω,额定电流2A;
定值电阻R2=5000Ω;
定值电阻R3=500Ω;
电键S及导线若干.
要求实验中尽可能准确测量Rx的阻值,请回答下面问题:
①为了测定待测电阻上的电压,可以将电流表______(选填“A1”或“A2”)串联定值电阻______(选填“R2”或“R3”),将其改装成一个量程为3.0V的电压表.
②如图(a)所示,同学们设计了测量电阻Rx的甲、乙两种电路方案,其中用到了改装后的电压表和另一个电流表,则应选电路图______(选填“甲”或“乙”).
③若所选测量电路中电流表A的读数为I=6.2mA,改装后的电压表V读数如图(b)所示,则电压表V读数是______V.根据电流表和电压表的读数,并考虑电压表内阻,求出待测电阻Rx=______Ω.
(3)一打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图(a)所示.用刻度尺测量斜面的高度与长度之比为1:4,小车质量为400g,图(b)是打出纸带的一段,相邻计数点间还有四个点未画出,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz.由图(b)可知,打纸带上B点时小车的瞬时速度vB=______m/s,打纸带上B点到E点过程中小车重力势能的减少量为______J,此过程中小车克服阻力所做的功为______J.(g取10m/s2,保留两位有效数字)
正确答案
(1)由图示游标卡尺可知,主尺示数为2.9cm=29mm,游标尺示数为8×0.1mm=0.8mm,游标卡尺示数为29mm+0.8mm=29.8mm.
(2)①将小量程的电流表改装成电压表,电流表需要知道两个参数:量程和内阻,故电流表选A2.串联电阻阻值R==
Ω-1000Ω=5000Ω,定值电阻应选R2.
②=3.8~4.2,
≈31.6~28.6,
>
,电流表应采用外接法,实验电路应选甲.
③电压表示数U=I2R=×12×6000=1.2V,待测电阻阻值RX=
=200.0Ω.
(3)计数点间的时间间隔t=0.02×5=0.1s,根据中点时刻的速度等于平均速度得:
vB==
m/s=0.15m/s
vE==
m/s=0.33m/s,
打纸带上B点到E点过程中小车重力势能的减少量:EP=mgxBE=0.072J;根据加速度的定义式得:
a==
=
=0.6m/s2,根据牛顿第二定律得:mgsinθ-f=ma,
解得:f=mg-0.6m=0.76N
所以克服阻力所做的功:W=-Wf=0.76×(0.135-0.063)J=0.055J.
故答案为:(1)29.8;(2)①A2,R2;②甲;③1.20;,200.0;(3)0.15,0.072,0.055.
利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度,如图6给出了该次实验中,从0点开始,每5个点取一个计数点的纸带,其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点.测得:s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm.
(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时,小车的速度分别为:v4=______cm/s,v7=______cm/s.
(2)求出小车的加速度______cm/s2.
正确答案
(1)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:
v4==23.6cm/s
v5==31.35cm/s
v6==31.63cm/s
根据匀变速运动规律有:
v6=,代入解得:v7=41.2cm/s.
故答案为:23.6,41.2.
(2)根据匀变速直线运动的推论公式△s=aT2可以求出加速度的大小,得:
s4-s2=2a1T2
s3-s1=2a2T2
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)
解得:a=49.2cm/s2
故答案为:49.2.
如图是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带,O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点.加速度大小用a表示:
(1)OD间的距离为______cm.
(2)下图是根据实验数据绘出的s-t2图线(s为各计数点至同一起点的距离),斜率表示______,其大小为______m/s2(保留三位有效数字).
正确答案
(1)最小刻度是毫米的刻度尺读数要估读到最小刻度的下一位,故拿零来补充估测值位置
所以OD间的距离为1.20cm.
(2)由公式S=at2、知图象的斜率表示
a,即加速度的二分之一
计算斜率得a=2k=0.933m/s2
故答案为:(1)1.20
(2)加速度的二分之一,0.933
某同学在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.(下面计算结果保留两位有效数字)
(1)根据已有的数据,计算打A纸带时,物体的加速度大小是______m/s2
(2)计算打A纸带时,打第1个点时物体的速度为______m/s
(3)在甲、乙、丙三段纸带中,属于纸带A的是______.
正确答案
(1)根据运动学公式△x=at2得:
a==
m/s2=3.1m/s2
(2)利用匀变速直线运动的推论
v1==
=0.46m/s
(3)根据匀变速直线运动的特点(相邻的时间间隔位移之差相等)得出:
x45-x34=x34-x23=x23-x12=x12-x01
所以属于纸带A的是丙图.
故答案为:
(1)3.1m/s2 (2)0.46 m/s (3)丙
(1)某试验小组利用拉力传感器来验证牛顿第二定律,实验装置如图.他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到的拉力F的大小;小车后面固定一打点计时器,通过拴在小车上的纸带,可测量小车匀加速运动的速度与加速度.
①若交流电的频率为50Hz,则根据下图所打纸带的打点记录,小车此次运动经B点时的速度vB______m/s,小车的加速度a=______m/s2.(vB、a的结果均保留到小数点后两位)
②要验证牛顿第二定律,除了前面提及的器材及已测出的物理量外,实验中还要使用______(填仪器名称)来测量出______.(填物理量名称).
③由于小车所受阻力f的大小难以测量,为了尽量减小实验的误差,需尽可能降低小车所受阻力f的影响,以下采取的措旅中必要的是(双选):______.
A.适当垫高长木板无滑轮的一端,使未挂钩码的小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑
B.应使钩码总质量m远小于小车(加上传感器)的总质量M
C.定滑轮的轮轴要尽量光滑
D.适当增大钩码的总质量m
(2)某兴趣小组的同学制作了一个“水果电池”:将-铜片和一锌片分别插入一只苹果内,就构成了一个简单的“水果电池”,其电动势约为1.5V,内阻约有几百欧.现要求你用量程合适的电压表(内阻较大)、电流表(内阻较小)来测定水果电池的电动势E和内电阻r.
①本实验的电路应该选择下面的图甲或图乙中的:______
②若给出的滑动变阻器有两种规格:A(0~20Ω)、B(0~3kΩ).本实验中应该选用的滑动变阻器为:______通电前应该把变阻器的阻值调至______.
③实验中测出六组(U,I)的值,在U-I坐标系中描出图丙所示的六个点,分析图中的点迹可得出水果电池的电动势为E=______V,内电阻为r=______Ω.(均保留3位有效数字)
④根据你在①中所选择的电路来测量得出的电动势E和内电阻r的测量值与真实值相比:电动势E______,内电阻r______.(均选填:“偏大”、“相等”或“偏小”)由此造成的实验误差属于______误差.(选填“系统”或“偶然”)
正确答案
(1)由图可知,相邻计数点间的时间间隔:t=0.02s×5=0.1s;
大下B时小车的速度:vB==
=
cm/s=40.0cm/s=0.40m/s;
加速度:a==
=146cm/s2=1.46m/s2;
②要验证牛顿第二定律,需要用天平测出小车的质量.
③A、在实验的过程中,我们认为绳子的拉力F等于钩码的重力mg,而在小车运动中还会受到阻力,所以我们首先需要平衡摩擦力.具体的方法是适当垫高长木板无滑轮的一端,使未挂钩码的小车恰能拖着纸带匀速下滑,故A正确.
B、根据实验原理可知,在该实验中以及用传感器直接测出了小车所受拉力大小,因此对小车质量和所挂钩码质量没有具体要求,故BC错误.
D、适当增大钩码的质量可以减小摩擦阻力产生的相对误差,故D正确.故选AD.
(2)①“水果电池”的内阻很大,为了使电表有明显示数,应选用阻值较大的滑动变阻器,由于变阻器的电阻较大,为减小误差,应选择图甲所示电路,(电流表内接法).
②由题意可知,“水果电池”的内阻很大,若选用0~20Ω的变阻器,当滑动触头移动时,电表的读数几乎不变,无法多次测量,使实验的误差较大;为了减小实验误差,应选用阻值较大的滑动变阻器B.在闭合开关前,应把滑动变阻器的阻值调到最大.
③连接坐标系内各点,作出U-I图象,如图所示;由图可知,图线纵轴的截距即为电动势,则E=1.5V.图线的斜率大小等于电源的内阻,
则r==
Ω=500Ω.
④由于电流表的分压,使得路端电压存在误差,而电流没有误差,运用
图象法分别在U-I图上由测量数据作出的图线1和修正误差后真实值作出的图线2,由图看出,电动势没有系统误差,即电动势值与真实值相等,内阻的测量值偏大.
故答案为:(1)①0.40,1.46;②天平,小车的质量;③AD;
(2)①图甲;②B,最大;③2.50,500;④相等,偏大,系统.
(1)在物理实验中体现了很多的物理研究方法,如理想实验法、控制变量法、极限思维法、图象法、类比法、科学假说法、微小量放大法与等效替代法等.请把合适的方法或正确的答案填在相应的空格内.
①在“利用打点计时器测速度”的实验中,运用______法,可以利用打点计时器打出的纸带测算出某点的瞬时速度:在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中,分别用一个力F或两个互成角度的F1、F2,把一个一端固定的橡皮筋拉伸到同一位置,则F就是F1和F2的合力,实验原理采用的是______法.在“探究平抛运动的规律”的实验中,如图1所示,用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向抛出,同时B球松开,自由下落,A、B两球同时开始运动,观察到两球同时落地.运用______法,可以判定平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动.
②图象法是物理实验中一种重要的研究方法.在研究加速度与外力(质量m一定)的关系、验证机械能守恒定律、探究弹
力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中,某同学正确作出了三个实验的相关图象,如图2中A、B、C所示.根据坐标轴代表的物理量判断,A实验的图象“斜率”表示______;B实验图象的“斜率”表示______;C实验图象的“斜率”表示______.
(2)某一小型电风扇额定电压为4.0V,额定功率为2.4W.某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的伏安特性曲线.实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选择:
A.电源E(电动势为4.5V)
B.电压表V(量程为0~5V,内阻约为4kΩ)
C.电流表A1(量程为0~0.6A,内阻约为0.2Ω)
D.电流表A2(量程3A,内阻约0.05Ω);
E.滑动变阻器R1(最大阻值10Ω,额定电流1A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值2kΩ,额定电流100mA)
①为了便于调节,减小读数误差和系统误差,实验中所用电流表应选用______,滑动变阻器应选用______.(填所选仪器前的字母序号).
②请你为该小组设计实验电路,并把电路图画在虚线内(小电风扇的电路符号如图3所示).
③操作过程中发现,小电风扇通电后受阻力作用,电压表读数小于0.5V时电风扇没启动.该小组测绘出的小电风扇的伏安特性曲线如图4所示,由此可以判定,小电风扇的电阻为______,正常工作时的发热功率为______,机械功率为______.
正确答案
(1)①在“利用打点计时器测速度”的实验中,利用打点计时器打出的纸带测算出某点的瞬时速度,运用的是极限思维法;在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中,
都将橡皮筋拉到同一个位置,运用了等效替代法;在“探究平抛运动的规律”的实验中,判断竖直方向上的运动是否是自由落体运动,运用了类比法.
②根据a=,知A实验的图象“斜率”表示物体质量的倒数
;验证机械能守恒定律实验中,根据mgh=
mv2得,
=gh,知B实验图象的“斜率”表示当地的重力加速度g;探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中,根据F=kx,知C实验图线的“斜率”表示弹簧的劲度系数k.
(2)①电风扇的额定电流I==
A=0.6A,从读数误差的角度考虑,电流表选择C.电风扇的电阻比较小,则滑动变阻器选择总电阻为10Ω的误差较小,即选择E.
②因为电压电流需从零开始测起,则滑动变阻器采用分压式接法,电风扇的电阻大约R=≈6.67Ω,远小于电压表内阻,属于小电阻,电流表采用外接法.电路图如图所示.
③电压表读数小于0.5V时电风扇没启动.根据欧姆定律得,R==
Ω=2.5Ω.正常工作时电压为4V,根据图象知电流为0.6A,则电风扇发热功率P=I2R=0.36×2.5W=0.9W,则机械功率P′=UI-I2R=2.4-0.9=1.5W.
故答案为:(1)①极限思维,等效替代,类比 ②物体质量的倒数,当地的重力加速度g,弹簧的劲度系数k.
(2)①C、E ②如图所示 ③2.5Ω,0.9W,1.5W.
在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,打点计时器使用的交流电源每打两个计时点所用时间为0.02s,记录小车运动的纸带如图1所示.在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F,相邻计数点之间还有四个点没有画出,各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.
(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度vB=______m/s,CE间的平均速度为______m/s;
(2)以打B点时为计时起点,建立v-t坐标.请在坐标图2中作出小车运动的速度与时间的关系图线;
(3)根据坐标图线可得小车运动的加速度为______m/s2.
正确答案
(1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.1 s,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,
所以vB==
m/s=0.25m/s
vcE==
m/s=0.45m/s.
(2)vC==0.35m/s
vD==0.45m/s
vE==0.55m/s
描点作v-t图象如右图所示
(3)在v-t图象中图线的斜率表示加速度即a==1.0m/s2.
故答案为:(1)0.25,0.45;(2)如图所示;(3)1.0.
为测定气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为 3.0cm 的遮光板 (见图1和图2).滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为△t1=0.30s,通过第二个光电门的时间为△t2=0.10s,遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为△t=4.00s,则滑块的加速度为a=______ m/s2.
正确答案
根据遮光板通过光电门的速度可以用平均速度代替得:
滑块通过第一个光电门时的速度:v1==0.1m/s
滑块通过第二个光电门时的速度:v2==0.3m/s
滑块的加速度:a==0.05m/s2
故答案为:0.05.
研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)所示其中斜面倾角θ可调,打点计时器的工作频率为50HZ,纸带上计数点的间距如图(b)所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出.
①部分实验步骤如下:
A.测量完毕,关闭电源,取出纸带
B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车
C.将小车依靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连
D.把打点计时器固定在平板上,让纸穿过限位孔
上述实验步骤的正确顺序是:______(用字母填写)
②图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T=______s
③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=______.
④为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a=______.
正确答案
①先连接实验器材,后穿纸带,再连接小车,最后打点并选择纸带进行数据处理;
故为DCBA;
②打点计时器的工作频率为50HZ,每隔0.02s打一次电,每相邻两点之间还有4个记录点未画出,共5个0.02s,故T=0.1s;
③匀变速直线运动中,平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故v5=;
④根据公式△x=aT2,有:(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)=9aT2;
解得:a=;
故答案为:①DCBA,②0.1,③,④
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