某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。
实验步骤如下:
a.安装好实验器材。
b.接通电源后,让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动,重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如图中0、1、2、…6点所示。
c.测量1、2、3、…6计数点到0计数点的距离,分别记作:
、
、
。
d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。
e.分别计算出
、
、
与对应时间的比值
。
f.以
为纵坐标、
为横坐标,标出
与对应时间
的坐标点,画出
图线。
结合上述实验步骤,请你完成下列任务:
⑴实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有______和______。(填选项代号)
A.电压合适的50Hz交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平
F.重锤
⑵将最小刻度为
的刻度尺的0刻线与0计数点对齐,0、1、2、5计数点所在的位置如上图所示,则
,
。
⑶该同学在右图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点,请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点,并画出
图线。
⑷根据
图线判断,在打0计数点时,小车的速度
;它在斜面上运动的加速度
。
解析:(1)打点计时器要正常工作,就需要电压合适(电火花式用V,电磁式用6V以下)的交流电源,要测量纸带上计数点之间的距离,还需要刻度尺。所以必须使用的器材还有:A.电压合适的50Hz交流电源;C.刻度尺。
(2)从图中可直接读出,要注意估读到最小分度的下一位。
(3)对于第2个计数点,其打点时间
,所以
;对于第5个计数点,其打点时间
,所以
,将这两组数标在题中所给出的坐标系中,即可画出如图所示的
图线。
(4)由画出的
图线,再结合其物理意义,,纵截距表示
,斜率为
,由图可知,小车的初速度
。计算图线的斜率
,所以小车运动的加速度为
。
小结:本题的第(1)问是对利用打点计时器研究物体运动的实验器材的考查,属于识记型的问题,没有思维难度,要求考生要了解实验操作的基本过程即可记住相应的器材。第(2)问是基本测量仪器(刻度尺)的读数,属于基本技能的考查,同样也没有思维难度,只要注意读数规范就行。第(3)问是一个简单的数据处理与作图,这是物理实验中常用的处理实验数据的一种方法。第(4)问是考查处理实验数据能力的问题,由于所给出的
图并不是描述了各对应时刻的瞬时速度,而是各对应时间内的平均速度,要根据这个图求加速度,一种方法是从理论上弄清某段时间内的平均速度与何时的瞬时速度对应,再找出对应时刻的时间间隔;另一种方法是写出平均速度与时间的函数关系,从图线的截距和斜率的物理意义出发求解,上面的解法采用了第二种方法。最后一小问需要对图线的深刻理解并具有一定的迁移能力,而不能死记公式。
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