题目内容

5.小张同学利用打点计时器研究自由落体运动,他设计的实验方案如下:
如图甲所示,将打点计时器固定在铁架台上,先打开电源后释放重物,重物带动纸带从静止开始下落,打出几条纸带并选出一条比较理想的纸带如图乙所示,在纸带上取出若干计数点,其中每相邻计数点之间有四个点未画出,分别用s1、s2、s3、s4、s5表示各计数点间的距离,已知打点计时器的频率f.图中相邻计数点间的时间间隔T=$\frac{5}{f}$(用f表示),计算重力加速度的公式是g=$\frac{{s}_{5}-{s}_{2}}{75}$f2(用f、s2、s5表示),计数点5的速度公式是v5=$\frac{(3{s}_{5}-{s}_{4})f}{10}$(用f、s4、s5表示)

分析 根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出重力加速度,结合某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出计数点4的瞬时速度,结合速度时间公式求出求出计数点5的速度.

解答 解:打点计时器的频率f,则图中相邻计数点间的时间间隔T=$\frac{5}{f}$,
根据s5-s2=3gT2=$\frac{75g}{{f}^{2}}$ 得:
g=$\frac{{s}_{5}-{s}_{2}}{75}$f2.
计数点4的速度为:v4=$\frac{{s}_{4}+{s}_{5}}{2T}$=$\frac{{s}_{4}+{s}_{5}}{10}$f,
匀加速运动的加速度为:a=$\frac{{s}_{5}-{s}_{4}}{{T}^{2}}$=$\frac{{s}_{5}-{s}_{4}}{25}{f}^{2}$,
则计数点5的速度为:v5=v4+aT=$\frac{(3{s}_{5}-{s}_{4})f}{10}$.
故答案为:$\frac{5}{f}$;  $\frac{{s}_{5}-{s}_{2}}{75}$f2;  $\frac{(3{s}_{5}-{s}_{4})f}{10}$.

点评 解决本题的关键掌握纸带的处理,会通过纸带求解瞬时速度和加速度,关键是匀变速直线运动两个重要推论的运用.

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