2020-2021学年1 实验：探究小车速度随时间变化的规律精练

这是一份2020-2021学年1 实验：探究小车速度随时间变化的规律精练，共11页。试卷主要包含了02 s等内容，欢迎下载使用。

基础过关练
题组一 实验原理及实验过程
1.下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是( )
①启动电源,用手水平拉动纸带,纸带上就打出一行小点
②关掉电源
③取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数若干个点,如果数出n个点,这些点划分出的间隔数是(n-1),由此计算出纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间
④把纸带装好
⑤了解打点计时器的结构,然后把它固定在桌子上
⑥用刻度尺测量出从第1个点到第n个点的距离

A.⑤④①②③⑥
B.⑤④①③⑥②
C.⑤④①⑥③②
D.⑤④①②⑥③
2.(多选)在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时,根据打点计时器打出的纸带,我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是( )
A.时间间隔
B.瞬时速度
C.加速度
D.某段时间内的位移
题组二 数据处理及误差分析
3.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,使用电磁打点计时器(所用交流电源的频率为50 Hz),得到如图所示的纸带。图中的点为计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出来,下列表述正确的是( )
A.实验时应先放开纸带再接通电源
B.从纸带上不可能求出计数点C对应的小车速率
C.从纸带上可以求出计数点B对应的小车速率
D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s
4.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,得到如图所示的纸带,其中A、B、C、D、E、F、G为计数点,相邻两计数点间的时间间隔为T,x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度,下列用来计算打D点时小车速度的表达式中误差最小的是( )
A.x3+x4TB.x3+x42T
C.x2+x3+x4+x54TD.x1+x62T
题组三 实验方案拓展与创新
5.光电计时器是一种常用计时仪器,其结构如图甲所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有滑块从a、b间通过时,光电计时器就可以显示出物体的挡光时间。现有某滑块在斜面上滑行,先后通过光电门1和2,计时器显示的挡光时间分别是t1=5×10-2 s、t2=3×10-2 s,从光电门1到光电门2所经历的总时间t=0.15 s,用分度值为1 mm的刻度尺测量滑块的长度d,示数如图乙所示。

(1)读出滑块的长度d为 cm。
(2)滑块先后通过两光电门的速度v1、v2分别为 m/s、 m/s。
(3)滑块的加速度大小为 m/s2。(计算结果保留两位小数)
6.如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中每两个相邻位置的时间间隔是0.1 s,这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0,依次为位置1、2、3、4、5…,小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近 m/s、 m/s、 m/s、 m/s,小球滚下过程的加速度大小为 m/s2。(小数点后保留两位数字)
能力提升练
题组一 实验原理与操作

1.(2020湖北武汉大学附中高一上期中,)某同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。
(1)图中仪器A叫作 打点计时器,使用220 V (填“交流”或“直流”)电源。释放小车前,小车应停在 (填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。
(2)使用打点计时器分析小车运动情况的实验中,有以下基本步骤:
A.松开纸带让小车带着纸带运动
B.穿好纸带
C.把打点计时器固定好
D.接通电源进行打点
以上步骤的正确顺序是 。
题组二 数据处理和误差分析
2.(2020山西大学附中高一上期中,)(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,下列关于作v-t图像的说法正确的是( )
A.只要确定了v-t图像中的两点,就可以得到小车运动的v-t图像,因此,实验只需要测出两组数据
B.作v-t图像时,所取的点越多,图像就越准确
C.作出的v-t图线应该通过所有的点,图线曲折也可以
D.对于偏离直线较远的点,说明误差太大,应舍去
3.(2019湖南郴州二中高一期末,)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是( )
A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带,然后进行数据处理
B.为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为第一个测量点
C.为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点当作计时起点
D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s
4.(2019湖北仙桃中学期末,)(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,对于减小实验误差来说,下列方法中有益的是( )
A.选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的速度尽量小些
C.舍去纸带上开始时密集的点,只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.适当增加挂在细绳下钩码的个数
5.(2020湖北部分重点高中高一上期中,)小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。
甲
乙
(1)释放小车时,实验装置如图甲所示,指出该装置或操作中错误的是 。
A.电磁打点计时器接在直流电源上了
B.小车质量没有远大于槽码质量
C.小车离打点计时器过远
(2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分,A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T=0.02 s)。由于操作不慎,C点模糊了,小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为 cm,在打下C点时小车的速度最接近于 m/s(结果保留三位有效数字)。
6.(2019江苏扬州高一上期末,)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中:
(1)下列仪器需要用到的有 。
(2)某同学进行了以下实验操作步骤,其中有误的步骤是 。
A.将电火花打点计时器固定在长木板的一端,并接在220 V交流电源上
B.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码
D.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通电源
(3)在实验中得到一条如图所示的纸带,已知电源频率为50 Hz,相邻计数点间的时间间隔为0.1 s,测量出x5=4.44 cm、x6=4.78 cm,则打下“F”点时小车的瞬时速度v= m/s。(结果保留两位有效数字)
(4)若实验时电源频率大于50 Hz,则打下“F”点时小车的实际速度 (填“大于”“小于”或“等于”)测量速度。
7.(2020云南昆明一中高一上期中,)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学得到一条用电火花打点计时器打下的纸带如图甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,电火花打点计时器接220 V、50 Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花打点计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表:
甲
乙
(1)设电火花打点计时器的计时周期为T,计算vF的公式为vF= ;
(2)根据表中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图乙所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像;
(3)利用该图像求小车的加速度a= m/s2(结果保留两位有效数字);
(4)如果当时交变电源的频率不变,电压变成210 V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
8.(2020湖北孝感安陆一中高一上月考,)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点),相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。
(1)根据纸带计算各点的瞬时速度:vD= m/s,vC= m/s,vB= m/s。
(2)在如图所示坐标系中画出小车的v-t图线,并根据图线求出a= 。
(3)将图线延长与纵轴相交,交点的物理意义: 。
题组三 实验方案拓展与创新
9.(2019山东威海高一上期末,)如图甲所示,小车开始在水平玻璃板上运动,后来在薄布面上做减速运动。某同学用打点计时器记录小车的运动情况,所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位:cm)如图乙所示,纸带上相邻两点间对应的时间间隔为0.02 s。
甲
乙
(1)计算计时器打出点2、3时小车的速度大小,填入表中。
(2)在平面直角坐标系中作出小车在薄布上运动的v-t图像。
(3)求出小车在玻璃板上的运动速度大小。
答案全解全析
基础过关练
1.A 进行实验前应充分了解打点计时器的结构和工作原理,并安装好打点计时器;在接通电源前,要将纸带装好,实验开始时应先接通电源,等打点计时器工作稳定后再拉动纸带;打点结束后,应立即关闭电源以保护打点计时器。最后将纸带与打点计时器分离,进行纸带处理。故选项A正确。
2.AD 打点计时器每隔0.02 s(电源频率为50 Hz时)打下一个点,所以数点就可以知道时间间隔,故A正确。瞬时速度的求解需要运用公式,故B错误。加速度的求解需要运用公式或利用图像求斜率,故C错误。某段时间内的位移可以利用刻度尺直接测得,故D正确。
3.C 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,实验时应先接通电源再放开纸带,A错误;计数点C对应的小车速率可以由B、D两点间的平均速度得出,有vC=xBD2T,B错误;同理,C正确;由于相邻两计数点之间还有4个点没有画出,所以时间间隔为0.1 s,D错误。
4.B 某点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替:vn=xn+xn+12T,而且所选时间段越短,误差越小,选项B正确。
5.答案 (1)4.40 (2)0.88 1.47 (3)3.93
解析 (1)由题图可知d=8.40 cm-4.00 cm=4.40 cm。
(2)通过两光电门的速度v1=dt1=0.88 m/s,v2=dt2=1.47 m/s。
(3)滑块的加速度a=v2-v1t=1.47- m/s2=3.93 m/s2。
6.答案 0.80 1.15 1.50 1.85 3.50
解析 利用题图中给出的数据,可以求得各段的平均速度。每两个相邻位置的时间间隔为0.1 s,而一小段时间内的平均速度可以表示这段时间中间时刻的瞬时速度,则有
v1=v02=16.0×10-20.2 m/s=0.80 m/s,
v2=v13=(30.0-7.0)×10-20.2 m/s=1.15 m/s,
v3=v24=(46.0-16.0)×10-20.2 m/s=1.50 m/s,
v4=v35=(67.0-30.0)×10-20.2 m/s=1.85 m/s,
以位置0对应时刻为0时刻,由以上数据作出v-t图像如图所示。
在v-t图像上取相距较远的两点v1=0.80 m/s,t1=0.1 s,v4=1.85 m/s,t4=0.4 s,则
a=ΔvΔt=v4-v1t4-t1=1.85- m/s2=3.50 m/s2,
故小球滚下过程的加速度大小为3.50 m/s2。
能力提升练
1.答案 (1)电火花 交流 靠近 (2)CBDA
解析 (1)题图中仪器A叫作电火花打点计时器,使用220 V交流电源。实验过程中,释放小车前,小车应停在靠近仪器A的位置。
(2)使用打点计时器分析小车运动情况的实验中,基本步骤为:先把打点计时器固定好,穿好纸带,再接通电源进行打点,之后松开纸带让小车带着纸带运动,故正确的顺序是CBDA。
2.BD 作v-t图像时,选取的点越多,作出的图像就越准确;误差较大的点应舍去,B、D正确。
3.C “探究小车速度随时间变化的规律”实验中,需要多次测量,打出多条纸带,进行数据处理,有利于减小误差,故A错误;纸带上开始时打的点比较密集,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点当作计时起点,故B错误,C正确;选取计数点,可增加测量距离,减小测量过程所产生的误差,两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1 s,故D错误。
4.ACD 速度太小,则纸带打点过于密集,测量误差较大。
5.答案 (1)AC (2)2.95 1.40
解析 (1)电磁打点计时器应接在交流电源上;不需小车质量远大于槽码质量;小车离打点计时器过远,故选A、C。
(2)A点在刻度尺上位置的读数为2.95 cm;打点计时器打点时间间隔T=0.02 s,在打下C点时小车的速度
vC=xD-xB2T=(9.60-4.00)×10-22×0.02 m/s=1.40 m/s。
6.答案 (1)AB (2)D (3)0.46 (4)大于
解析 (1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,依据实验原理,通过打点计时器在纸带上打点,借助刻度尺来测量长度,从而研究小车的速度与时间的关系,故选A、B。
(2)应先接通电源,后放开纸带,故选项D错误。
(3)打下纸带上F点时小车的瞬时速度大小为
v=x5+x62T=4.44+4.782×0.1×10-2 m/s=0.46 m/s。
(4)若实验时电源频率大于50 Hz,则相邻计数点间的时间间隔T<0.1 s,由F点的瞬时速度表达式v=x5+x62T可知,其实际速度大于测量速度。
7.答案 (1)d6-d410T (2)见解析图 (3)0.40(0.38~0.42均可) (4)不变
解析 (1)若时间较短,平均速度可代替中间时刻的瞬时速度,因为电火花打点计时器的计时周期为T,每相邻两个计数点间时间间隔为5T,所以从E点到G点所用时间为10T,故有:vF=d6-d410T。
(2)根据表中数据,利用描点法作出图像如图:
(3)图像斜率表示加速度,故a=ΔvΔt=0.40 m/s2。
(4)交变电源的电压变化,并不改变电火花打点计时器的计时周期,故测量值与实际值相比不变。
8.答案 (1)3.90 2.64 1.38
(2)见解析图 12.6 m/s2(12.5~12.7 m/s2均可)
(3)表示零时刻小车经过A点的速度大小
解析 (1)若时间较短,平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。
D点的瞬时速度
vD=xCE2T= cm/s=3.90 m/s
C点的瞬时速度
vC=xBD2T= cm/s=2.64 m/s
B点的瞬时速度
vB=xAC2T= cm/s=1.38 m/s
(2)由(1)中数据画出小车的v-t图像如图所示,
由图线的斜率可求得小车的加速度a=ΔvΔt=12.6 m/s2
(3)将图线延长后,与纵轴的交点表示零时刻小车经过A点的速度大小。
9.答案 (1)0.65 0.55 (2)图见解析
(3)0.85 m/s(0.84~0.86 m/s均可)
解析 (1)根据题图乙可得v2=1.4+ cm/s=65 cm/s=0.65 m/s,v3=1.2+ cm/s=55 cm/s=0.55 m/s。
(2)以速度为纵坐标、时间为横坐标建立直角坐标系。用描点法作出小车在薄布上做减速运动的v-t图像。将图线延长,使其与纵轴相交,如图所示。
(3)由图像可知,小车做减速运动的初速度为0.85 m/s,即小车在玻璃板上的运动速度大小。
对应点
B
C
D
E
F
速度/(m·s-1)
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301
计数点序号
1
2
3
4
5
速度vn/(m·s-1)
v1=0.75
v2=
v3=
v4=0.45
v5=0.35