某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均…——2023 高考物理第 10 题答案解析

2023_全国甲卷

2023 全国 第 10 题 解答题 区分题
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10. 某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。

打点计时器纸带小车

(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s.以打出A点时小车位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移 $\Delta \mathbf { x }$ 填到表中,小车发生应位移所用时间和平均速度分别为Dt和$\nu _ { 0 }$ ,表中 $\Delta x _ { _ { A D } } =$ \_cm, $\overline { { \nu } } _ { A D } =$ cm / s 。


图(b)

<table><tr><td>位移区间</td><td>AB</td><td>AC</td><td>AD</td><td>AE</td><td>AF</td></tr><tr><td> $\Delta x(cm)$ </td><td>6.60</td><td>14.60</td><td> $\Delta x_{AD}$ </td><td>34.90</td><td>47.30</td></tr><tr><td> $\overline{v} (cm/s)$ </td><td>66.0</td><td>73.0</td><td> $\overline{v}_{AD}$ </td><td>87.3</td><td>94.6</td></tr></table>

(2)根据表中数据得到小车平均速度 $\bar { \nu }$ 随时间Dt的变化关系,如图(c)所示。题卡上的图中补全实验点


图(c)

(3)从实验结果可知,小车运动的 $\overline { { \nu } } - \Delta t$ 图线可视为一条直线,此直线用方程 $\overline { { { \nu } } } = k \Delta t + b$ 表示,其中$k =$ $\mathrm { c m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$ ,b = \_cm/s。(结果均保留3位有效数字)

(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动,得到打出A点时小车速度大小 $\nu _ { _ { A } } =$ \_,小车的加速度大小a = \_。(结果用字母k、b表示)

参考答案

(1) 24.00; (2) 80 ④. 70.0 ⑤. 59.0 ⑥. b ⑦. 2k

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【答案】 ①. 24.00 ②. 80

④. 70.0 ⑤. 59.0

⑥. b ⑦. 2k

【解析】

【详解】(1)[1]根据纸带的数据可得

$$ \Delta x _ {A D} = x _ {A B} + x _ {B C} + x _ {C D} = 6. 6 0 \mathrm{cm} + 8. 0 0 \mathrm{cm} + 9. 4 0 \mathrm{cm} = 2 4. 0 0 \mathrm{cm} $$

[2]平均速度为

$$ \overline {{v _ {A D}}} = \frac {x _ {A D}}{3 T} = 8 0 \mathrm{cm/s} $$

(2)[3]根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得

(3)[4][5]从实验结果可知,小车运动的 $\overline { { \nu } } - \Delta t$ 图线可视为一条直线,图像为

此直线用方程 $\overline { { { \nu } } } = k \Delta t + b$ 表示,由图像可知其中

$$ k = \frac {1 0 1 . 0 - 5 9 . 0}{0 . 6} \mathrm{cm/s} ^ {2} = 7 0. 0 \mathrm{cm/s} ^ {2}, b = 5 9. 0 \mathrm{cm/s} $$

(4)[6][7]小球做匀变速直线运动,由位移公式 $x = \nu _ { 0 } t + { \frac { 1 } { 2 } } a t ^ { 2 }$ ,整理得

$$ \frac {x}{t} = v _ {0} + \frac {1}{2} a t $$

即

$$ \bar {v} = v _ {A} + \frac {1}{2} a t $$

故根据图像斜率和截距可得

$$ v _ {A} = b, a = 2 k $$

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