2019-2020學(xué)年新教材高中物理課時(shí)跟蹤訓(xùn)練八實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字科學(xué)測(cè)量：做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度含解析魯科版必修第一冊(cè)

PAGE5-課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(八)實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字科學(xué)測(cè)量：做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度A級(jí)—學(xué)考達(dá)標(biāo)1．[多選]使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意()A．無(wú)論使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器還是電火花計(jì)時(shí)器，都應(yīng)該把紙帶穿過(guò)限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面B．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，再釋放小車C．小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)與限位孔平行D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能連續(xù)工作較短時(shí)間，打點(diǎn)之后要立即關(guān)閉電源解析：選BCD電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用復(fù)寫紙，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不用復(fù)寫紙，故A錯(cuò)；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)先接通電源，再釋放小車，故B正確；為減小摩擦，小車拖動(dòng)紙帶的方向應(yīng)當(dāng)與限位孔平行，故C正確；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，故D正確。2．[多選]當(dāng)紙帶與運(yùn)動(dòng)物體連接時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)跡，下列關(guān)于紙帶上點(diǎn)跡的說(shuō)法正確的是()A．點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B．點(diǎn)跡記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移C．紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀D．紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況解析：選ABD從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用途出發(fā)對(duì)選項(xiàng)進(jìn)行篩選。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔一定的時(shí)間打下一個(gè)點(diǎn)，因而點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，也記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移；紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀。3．在“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”實(shí)驗(yàn)中：(1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、長(zhǎng)木板、小車、紙帶、刻度尺、交流電源、秒表、彈簧測(cè)力計(jì)。其中在本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是____________________。(2)實(shí)驗(yàn)中甲同學(xué)寫出了如下實(shí)驗(yàn)步驟：A．在桌面上放好長(zhǎng)木板，在長(zhǎng)木板的一端固定電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并將該端墊高形成斜面，用導(dǎo)線將電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到6V交流電源上。B．將紙帶固定在小車上，并使紙帶穿過(guò)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。將小車放在靠近電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端的木板上。C．放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)后再合上開關(guān)，使電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)。D．小車滑到斜面底端時(shí)止住小車，斷開開關(guān)，取下紙帶，測(cè)量和分析紙帶。乙同學(xué)檢查了甲同學(xué)擬定的實(shí)驗(yàn)步驟，發(fā)現(xiàn)有兩處錯(cuò)誤。請(qǐng)你代乙同學(xué)糾正甲同學(xué)的錯(cuò)誤：錯(cuò)誤1：_______________________________________________________。錯(cuò)誤2：______________________________________________________。解析：(1)時(shí)間可以由紙帶上的點(diǎn)數(shù)和打點(diǎn)頻率算出，故不需要秒表；測(cè)量的是位移等運(yùn)動(dòng)學(xué)量，與力無(wú)關(guān)，故無(wú)需彈簧測(cè)力計(jì)。(2)錯(cuò)誤1：A中應(yīng)將電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到220V交流電源上。錯(cuò)誤2：C中應(yīng)先合上開關(guān)再放開小車。答案：(1)秒表、彈簧測(cè)力計(jì)(2)見(jiàn)解析4．在“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源頻率為50Hz，記錄小車做變速運(yùn)動(dòng)的紙帶，如圖所示，在紙帶上選擇A～F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出。紙帶旁并排放著帶有最小刻度為毫米的刻度尺，0刻度線跟計(jì)數(shù)點(diǎn)A對(duì)齊。(1)由圖可以讀出B、D、F三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離sB、sD、sF，請(qǐng)將測(cè)量值填入下表中：距離sBsDsF測(cè)量值/cm(2)計(jì)算小車在打計(jì)數(shù)點(diǎn)C時(shí)的瞬時(shí)速度為______m/s，打計(jì)數(shù)點(diǎn)E時(shí)的瞬時(shí)速度為________m/s。(3)小車在打計(jì)數(shù)點(diǎn)C和E這段時(shí)間間隔內(nèi)的平均加速度為________m/s2。解析：(1)計(jì)數(shù)點(diǎn)B、D、F到A點(diǎn)的距離可以通過(guò)刻度尺直接讀出，依次為sB＝1.20cm、sD＝5.40cm、sF＝12.00cm。(2)小車在打計(jì)數(shù)點(diǎn)C時(shí)的瞬時(shí)速度等于其在計(jì)數(shù)點(diǎn)B、D之間的平均速度，即vC＝eq\f(sD－sB,2T)＝eq\f(5.40－1.20,2×0.1)cm/s＝0.21m/s，同理，vE＝eq\f(sF－sD,2T)＝0.33m/s。(3)加速度a＝eq\f(vE－vC,2T)＝eq\f(0.33－0.21,2×0.1)m/s2＝0.60m/s2。答案：(1)1.205.4012.00(2)0.210.33(3)0.605．利用如圖所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度。一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動(dòng)。當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時(shí)間t。改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示。s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4eq\f(s,t)(m/s)1.711.621.551.451.341.22完成下列填空和作圖：(1)若滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度的大小a、滑塊經(jīng)過(guò)光電門乙時(shí)的瞬時(shí)速度vt、測(cè)量值s和t四個(gè)物理量之間所滿足的關(guān)系式是________________________________。(2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上畫出eq\f(s,t)-t圖線。(3)由所畫出的eq\f(s,t)-t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。解析：滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由s＝vtt－eq\f(1,2)at2可得eq\f(s,t)＝vt－eq\f(1,2)at，作出eq\f(s,t)-t圖線如圖所示，加速度大小為eq\f(s,t)-t圖線斜率的2倍，故a＝2×eq\f(2.00－1.00,1.0)m/s2＝2.0m/s2。答案：(1)eq\f(s,t)＝－eq\f(1,2)at＋vt(寫成s＝－eq\f(1,2)at2＋vtt也可)(2)圖見(jiàn)解析(3)2.0(1.8～2.2均可)B級(jí)—選考提能6．在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，使用的電源頻率為50Hz，如圖所示為某次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未標(biāo)出，設(shè)A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。(1)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是________s。(2)C點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝________m/s。(3)小車的加速度a＝________m/s2。(4)當(dāng)電源頻率低于50Hz時(shí)，如果仍按頻率為50Hz的時(shí)間間隔打一次點(diǎn)計(jì)算，則測(cè)出的加速度數(shù)值________(填“大于”“小于”或“等于”)頻率為50Hz時(shí)測(cè)出的加速度的值。解析：(1)由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未標(biāo)出，即從A點(diǎn)開始每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz)，所以相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.1s。(2)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，即C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為：vC＝eq\f(sBD,2T)＝eq\f(41.70－7.50,2×0.1)×10－2m/s＝1.71m/s。(3)由逐差法可求得小車的加速度為：a＝eq\f(sCE－sAC,2T2)＝eq\f(68.40－21.40－21.40,2×0.12)×10－2m/s2＝6.4m/s2。(4)當(dāng)電源頻率低于50Hz時(shí)，實(shí)際打點(diǎn)周期將變大，而進(jìn)行計(jì)算時(shí)仍然用0.02s，將小于實(shí)際打點(diǎn)周期，因此測(cè)出的加速度數(shù)值將比真實(shí)數(shù)值偏大。答案：(1)0.1(2)1.71(3)6.4(4)大于7．在“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示為某次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)(A點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn))，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s。(1)根據(jù)________________________________________計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度，則vD＝______m/s，vC＝_____m/s，vB＝________m/s。(2)在如圖所示坐標(biāo)系中畫出小車的v-t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________。(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是_____________________________。解析：(1)若時(shí)間較短，平均速度可以代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。D點(diǎn)的瞬時(shí)速度vD＝eq\f(sCE,2T)＝eq\f(78.00cm,0.2s)＝390cm/s＝3.90m/sC點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝eq\f(sBD,2T)＝eq\f(52.80cm,0.2s)＝264cm/s＝2.64m/sB點(diǎn)的瞬時(shí)速度vB＝eq\f(sAC,2T)＝eq\f(27.60cm,0.2s)＝138cm/s＝1.38m/s。(2)由上述數(shù)據(jù)畫出小