(3)观察v﹣t图象,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是小车的速度随着时间均匀变化。v﹣t图象斜率的物理意义是加速度。
(4)描绘v﹣t图象前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对△t的要求是越小越好(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的△x大小与速度测量的误差有关(选填“有关”或“无关”)。
(5)早在16世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图4所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。
【考点】M4:探究小车速度随时间变化的规律
【专题】13:实验题;31:定性思想;43:推理法;511:直线运动规律专题.
【分析】(1)依据实验原理,结合打点计时器使用交流电源,通过某段时间内的平均速度表示中时刻的瞬时速度,即可选取仪器;
(2)根据其它点的位置,确定C点的坐标,再平滑连接,形成图象;
(3)当速度与时间图象是过原点的直线时,则说明小车做匀变速直线运动,斜率表示小车的加速度;
(4)当△t越小,即△x越小时,平均速度越接近瞬时速度;
(5)根据运动学位移与时间公式,测量出不同位移与其对应的时间平方关系,从而即可检验。
【解答】解:(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有电压合适的50 Hz交流电源,供打点计时器使用;
还需要刻度尺,来测量各点的位移大小,从而算出各自速度大小;
(2)根据标出计数点A、B、D、E对应的坐标点位置,及C点对应的时间,从而确定C点的位置,再将各点平滑连接,
如图所示:
(3)由v﹣t图象,是过原点的一条直线,可知,速度随着时间是均匀变化的,说明小车是做匀变速直线运动;
图象的斜率,表示小车的加速度;
(4)当不知道小车是否做匀变速直线运动,若用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对△t的要求是越小越好,即,才使得平均速度接近瞬时速度;
从实验的角度看,对于选取的△x大小与速度测量的误差有关;
(5)“斜面实验”小球做匀加速直线运动,若小球的初速度为零,依据运动学速度公式,则速度与时间成正比,那么位移与时间的平方成正比,
因此只需要测量小球在不同位移内对应的时间,从而可检验小球的速度是否随着时间均匀变化。
故答案为:(1)A,C;(2)如上图所示;(3)小车的速度随着时间均匀变化,加速度;(4)越小越好,有关;(5)通过不同位移,与其对应的时间平方是否成正比,即可检验小球的速度是随时间均匀变化的。
【点评】考查实验的原理,掌握作图法,理解图象的斜率含义,注意平均速度能接近瞬时速度的要求,同时运动学公式的内容在本题的应用是解题的关键。
10.(16分)2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如下,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接,滑道BC高h=10 m,C是半径R=20 m圆弧的最低点。质量m=60 kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到达B点时速度vB =30 m/s。取重力加速度g=10m/s2。
(1)求长直助滑道AB的长度L;
(2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小;
(3)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力图,并求其所受支持力的大小。
【考点】53:动量守恒定律;65:动能定理
【专题】11:计算题;32:定量思想;4C:方程法;52F:动量定理应用专题.
【分析】(1)从A到B根据速度位移关系求解AB的长度;
(2)根据动量定理求解合外力的冲量I的大小;
(3)根据受力情况画出运动员经过G点时受力示意图;根据动能定理、列方程求解支持力的大小。
【解答】解:(1)从A到B根据速度位移关系可得:vB2﹣vA2=2aL,
解得:L=m=100m;
(2)根据动量定理可得:I=mvB﹣mvA=60×30﹣0=1800N•s;
(3)运动员经过C点时受到重力和支持力,如图所示;
根据动能定理可得:mgh=mvC2﹣mvB2,
根据第二定律可得:FN﹣mg=m