人教版2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 同步练习

第19天实验：用打点计时器研究自由落体运动考纲要求：Ⅰ难易程度：★★★☆☆某同学利用图甲所示的实验装置测量重力加速度。（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误：________________________________、_______________________________。（2）该同学经正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续的六个点，测得h1、h2、h3、h4、h5。若打点的周期为T，则打E点时重物的速度vE=___________；若分别计算出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画出v2与h的关系图线，如图丙所示，则重力加速度g=________m/s2。（3）若当地的重力加速度为9.8m/s2，请写出误差的主要原因________________。【参考答案】（1）打点计时器应接交流电源重物释放时应靠近打点计时器（2）9.4（3）空气阻力和纸带与打点计时器限位孔间的摩擦（3）测量值小于实际值，产生误差的主要原因为空气阻力和纸带与打点计时器限位孔间的摩擦。 【知识补给】自由落体运动实验研究自由落体运动和测重力加速度实验属于研究匀变速直线运动的实验，只是匀变速直线运动中物体运动的加速度大小不确定，而自由落体运动中物体运动的加速度与重力加速度相关（由于误差和实验方法，不等于重力加速度）。研究匀变速直线运动实验的实验方法和数据处理方法都能够用到探究自由落体运动的加速度实验中。实验可用打点计时器和纸带进行研究，也可用光电门测速度或频闪仪得到等时间间隔的位移等。某同学利用如图所示的实验装置测定重力加速度的大小，具体的操作和相应的数据记录如下：A．接通电磁铁的电源（图中未画出），吸住小铁球；B．用游标卡尺测出小铁球的直径d=10.0mm；C．用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离L=82cm；D．电磁铁断电时，小铁球自由下落。（1）在小铁球下落时，计时装置记录小铁球经过光电门所用的时间t=2.50×10–3s，由此可得小铁球经过光电门的速度公式为v=_________（用题给物理量的字母表示），速度大小为________m/s。（2）计算重力加速度的公式为g=__________，重力加速度的值为________m/s2（保留三位有效数字）。某同学用如图所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz。在所选纸带上取某点为0计数点，每两个相邻计数点间还有2个点未画出，所有测量数据及其标记符号如图纸带所示。 （1）本实验中，电磁式打点计时器所使用的电源是_________________________。（2）设相邻两个计数点的时间间隔为T，则计算重力加速度的表达式为____________________；重力加速度的计算结果是g=________m/s2（结果保留3位有效数字）。如图是某同学研究小球下落时的频闪照片，频闪仪每隔0.1s闪光一次并进行拍照。照片中小球静止时在位置1。某时刻释放小球，下落中的小球各位置与位置1的距离已在图中标出（单位：cm）。实验过程没有错误，但该同学发现图中数据存在以下问题：根据，而图中标出的位置1和位置2的距离为1.23cm，比4.90cm小很多，你对此问题的解释是_______________________。下落中小球在位置3的速度为_________m/s，小球做自由落体运动的加速度为_______m/s2。（计算结果均保留3位有效数字）在暗室中用如图所示的装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管，螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪等。具体实验步骤如下： ①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下；②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴；③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度；④采集数据进行处理。（1）实验中看到一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是_____________。（2）实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴的距离如图所示，则当地重力加速度g=________m/s2；第8个水滴此时的速度v8=________m/s。（结果均保留三位有效数字）（3）该实验存在的系统误差可能有________________________（答出一条即可）。【参考答案】（1）4~6V的交流电源（2）8.67（1）电磁打点计时器使用4~6 V的交流电源。（2）由逐差法公式Δx=aT2，可得，代入数据可得g=8.67m/s2。小球从位置1开始下落到位置2的时间小于0.1s1.479.80根据逐差法计算重力加速度，与实际重力加速度差不多，则位置1、2距离偏小的原因可能是小球从位置1开始下落到位置2的时间小于0.1s；下落中小球在位置3的速度。（1）频闪仪频率等于水滴滴落的频率（2）9.722.28（3）空气阻力（或水滴滴落的频率变化）（1）由于频闪仪的频率由大到小调节，故当频闪仪的频率等于水滴滴落的频率时，第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。（3）该实验存在的系统误差可能有空气阻力或水滴滴落的频率变化。