| 匀变速直线运动的x-t图像 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修1

第二章 匀变速直线运动的研究

2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系

匀变速直线运动的x-t图像

实验室中的小车配合直轨道,可以研究多个问题。小车在轨道上运动时,受到的滑动摩擦力比较小。

如图所示,小车静止在水平轨道上 , 在桌上放一根 柱子标记小车中间的初始位置。快速将水平轨道向左拉动一下,小车将在柱子的                 (选填 :$\rm A$.“左边”  $\rm B$.“中间”或  $\rm C$.“右边”)。

[["$\\rm B$"]]

原来小车和轨道都保持静止,快速将水平轨道向左拉动一下,小车由于具有惯性,仍保持原来的静止状态,所以小车将仍然在柱子的中间位置。

故选:$\rm B$

实验小组$1$用光电门传感器研究小车运动。每次由同一位置静止释放小车,并将光电门传感器放置在同一位置,更换宽度不同的挡光片。将平均速度$v$和挡光时间$\Delta t$的数据绘制成$v-\Delta t$图像,经计算机拟合得到的函数关系如图所示。则小车运动的加速度$a=$                 $\;\rm m/s^{2}$(保留$3$位有效数字),图像截距$0.8211$的物理含义是:                 

[["$1.33$","挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度"]]

根据$\Delta x=v_{0}\Delta t+ \dfrac{1}{2}a{(\Delta t)}^{2}$,可得平均速度$v=\dfrac{\Delta x}{\Delta t}=v_{0}+ \dfrac{1}{2}a\Delta t$,由图可知$k= \dfrac{1}{2}a= 0.6674\;\rm \text{m/s}^{2}$,可得小车运动的加速度大小为$a=1.33\;\rm m/s^{2}$,其中$b=v_{0}=0.8211\;\rm m/s$,故图像截距$0.8211$的物理含义是挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度。

实验小组$2$选择位移传感器研究小车运动。

①固定在小车上的发射器同时向接收器发射红外线脉冲和                脉冲。

②根据小车沿倾斜轨道运动的$x-t$图像,定性画出对应的速度$-$时间图像。

[["

超声波;图像见解析;

"]]

位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量,故固定在小车上的发射器同时向接收器发射红外线脉冲和超声波脉冲。

$x-t$图像知,小车前面和后面部分位移不变,则其速度为$0$;中间部分小车运动位移随时间变化近似为二次函数,则其加速度的大小为一不变的常数,所以其$v-t$图像的斜率不变,作图如下:

根据第$3$题中的$x-t$图像、$v-t$ 图像,猜测小车下滑过程中的速度$-$位移图像为右图中的                 (选填:$\rm A$.“甲”或  $\rm B$.“乙”)。为判断小车是否为匀变速直线运动,可将$v-x$ 图像的纵坐标设置为                 ( 选填 :$\rm A$.“$v^{0.5}$”  $\rm B$.“$v$²”或   $\rm C$.“$v$³”), 从而使$v-x$图像“化曲为直”。

[["甲","$\\rm B$"]]

$x-t$图像、$v-t$图像知,速度增加相同量时,越往后位移的增加量越多,故可猜测小车下滑过程中的$v-x$图像为图甲。

为判断小车是否为匀变速直线运动,由速度位移公式$v^{2}-v_{0}^{2}=2ax$,可将$v-x$图线的纵坐标设置为$v^{2}$,从而使$v-x$图线“化曲为直”。

故选:$B$

选取第$3$$x-t$图像中$0.75\;\rm s-0.95\;\rm s$ 之间的实验数据,其中$x$单位是$\rm cm$$t$单位是$\rm s$,请论证这段时间内小车的运动是否为匀加速直线运动。

[["

见解析

"]]

对图上$5$个数据点进行数据分析,由图可知:$5$个点的位置分别为$x_{1}=0.233\;\rm m$$x_{2}=0.264\;\rm m$$x_{3}=0.299\;\rm m$$x_{4}=0.338\;\rm m$$x_{5}=0.381\;\rm m$

每隔$0.05\;\rm s$,小车的位移分别为

$s_{1}=0.264\;\rm m-0.233\;\rm m=0.031\;\rm m$

$s_{2}=0.299\;\rm m-0.264\;\rm m=0.035\;\rm m$

$s_{3}=0.338\;\rm m-0.299\;\rm m=0.039\;\rm m$

$s_{4}=0.381\;\rm m-0.338\;\rm m=0.043\;\rm m$

所以在相等时间内,小车的位移增量$\Delta s_{12}=0.004\;\rm m$$\Delta s_{23}=0.004\;\rm m$$\Delta s_{34}=0.004\;\rm m$,符合匀加速直线运动的特点:在相等的时间间隔内,位移的增量相同说明小车是在做匀加速直线运动。

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