课时梯级训练(5) 实验：探究小车速度随时间变化的规律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

课时梯级训练(5)　实验：探究小车速度随时间变化的规律 1．(多选)关于用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律的实验，下列说法正确的是(　　) A．打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮的一端 B．开始实验时小车应放在靠近打点计时器的一端 C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车 D．牵引小车的槽码个数越多越好 BC　解析：打点计时器与滑轮间的距离要尽可能大，小车尽可能靠近打点计时器，都是为了使小车运动的距离较大，尽可能打出较多的点，A错误，B正确；若先释放小车再接通电源，只能在纸带的后面部分打点，C正确；槽码个数应适当，槽码个数少打的点很密，槽码个数多打的点少，都会增大实验误差，D错误。 2．(多选)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．通过调节，应使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上 B．坐标轴单位长度越小越好 C．测量每两个相邻计数点间的距离，应该用毫米刻度尺的零刻线对准起点，读出各计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得到每两个相邻计数点间距离 D．钩码的质量越大越好 AC　解析：通过调节，应使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上，避免较大摩擦给实验带来误差，A正确；在画v-t图像时坐标轴的单位长度要选择适当，并不是越小越好，也不是越大越好，B错误；为了减小测量误差，测量两个相邻计数点间的距离时，应该用毫米刻度尺量出各点到第一个点的距离，再逐一相减，得到每两个相邻计数点间的距离，C正确；若钩码的质量太大，则小车加速太快，纸带上打出点迹就会很少，不利于我们进行数据处理，D错误。 3.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学利用纸带上的数据计算出了各计数点对应时刻小车的瞬时速度。然后她以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，共描出了10个点，并“拟合”出了小车运动的v-t图像，如图所示。针对该同学作出的v-t图像，她所在的实验小组的其他四位同学分别交流了自己的看法： ①这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v-t图像不可能为一条直线，而应为一条光滑的曲线； ②这10个点中有8个点虽然不完全在一条直线上，但它们紧挨在该条直线附近，只有F和B两个点离这条直线远； ③在这10个点当中只有4个点A、D、G、I能画在一条直线上，其余6个点都不在该直线上，这条直线不能表示小车的速度随时间变化的规律； ④与直线偏差较小的点C、E、H、J可能是实验误差造成的，而偏离直线较远的点则可能是实验中出现失误造成的。 对于以上四种看法，你认为有道理的是(　　) A．①③ B．②④ C．①② D．③④ B　解析：由于实验存在误差，所以这10个点不可能完全在一条直线上，除去F和B两个离这条直线远的点，用倾斜直线连接其余各点，只要这条直线通过大部分的点，不在直线上的点两侧均匀分布，则此条直线可表示小车运动的规律，①③错误，②正确；直线通过大多数的点，与直线偏差较小的点C、E、H、J可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点F、B则可能是实验中出现错误造成的，④正确；故选B。 4．(1)如图所示的四条纸带是某同学练习使用打点计时器时得到的纸带(纸带的右端后通过打点计时器)。从点痕的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带________是越走越快的， 纸带________是开始越走越快，后来又越走越慢的。(填写编号) (2)根据打出的纸带，不用公式计算能直接得出的物理量是________。 A．时间间隔 B．瞬时速度 C．加速度 D．平均速度 (3)实验时，打点计时器应接低压________ (填“直流”或“交流”)电源，每隔________s 打一次点。如图是某次实验的纸带，舍去前面比较密的点，从0点开始，每5个连续点取1个计数点，标以1、2、3…那么相邻两个计数点之间的时间间隔为________ s，各计数点与0计数点之间的距离依次为 x1＝3 cm、x2＝7.5 cm、x3＝13.5 cm，则物体通过1 计数点的速度 v1＝________m/s，通过 2 计数点的速度 v2＝________m/s，运动的加速度为________m/s2。 答案：(1)A、C　 B　 D　(2) A　(3) 交流　0.02　0.1　0.375　0.525　1.5 解析：(1)从点痕的分布情况可知，纸带A、C相邻的计数点之间的距离相等，所以是匀速通过打点计时器的。纸带B从左到右相邻计数点之间距离逐渐增大，所以是越走越快的。纸带D从左到右相邻计数点之间距离先增大再减小，所以先越走越快，后越走越慢。 (2)打点计时器是每隔0.02 s打下一个点，所以数点就知道时间间隔，A正确；由匀变速直线运动中，中间时刻的速度等于该时间内的平均速度可求瞬时速度，B错误；由加速度的定义可求出加速度，C错误；由＝可求出平均速度，D错误。 (3)实验时，打点计时器应接低压交流电源。每隔0.02 s打一次点，每5个连续点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s。由匀变速直线运动中间时刻速度等于该时间内的平均速度，可得经1点时的速度 v1＝＝ m/s＝0.375 m/s 经2点时的速度v2＝＝ m/s＝0.525 m/s 由加速度的定义可得运动的加速度 a＝＝ m/s2＝1.5 m/s2。 5．做加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50 Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，如图所示，每一小段纸带的一端与x轴相重合，左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中。 (1)仔细研究图像，找出小车在相邻时间内位移存在的关系； (2)设T＝0.1 s，请画出该小车的v-t图像； (3)根据图像求其加速度。 答案：见解析 解析：(1)由题图中所标纸带每段位移关系可知，在相邻相等时间内的位移差近似相等，考虑误差原因后，可近似认为Δx＝8 cm。 (2)以题图中的x轴作为时间轴，以纸带的宽度表示相等的时间间隔T＝0.1 s，每段纸带最上端中点对应v轴上的速度用来表示每段时间的中间时刻的瞬时速度，即vn＝；因此可以用纸带的长度表示每小段时间的中间时刻的瞬时速度，将纸带上端中间各点连接起来，可得到小车的v-t图像，如图所示。(注意横轴和纵轴物理量的单位) (3)利用图像的斜率可以求得小车的加速度a＝8 m/s2。 6．在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中， (1)如图甲所示，所用打点计时器的工作电压为________； A．直流220 V B．交流220 V C．直流6 V D．交流6 V (2)某次实验得到如图乙所示的一条清晰纸带，截取了其中一段用刻度尺(单位：cm)进行测量，在纸带上标注了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每两个点迹标注一个计数点)，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取计数点A对应的时刻为0。其中计数点E所在位置的刻度尺读数为________cm，小车加速过程中DF段的平均速度为________m/s(保留2位有效数字)，用这一速度表示小车通过E点时的瞬时速度，并将其描在坐标纸上(其中B、C、D、F四个点已描点完成)。请同学们在坐标纸上拟合图线，并求解小车运动的加速度a＝________m/s2(保留2位有效数字)。 答案：(1)B　(2)14.50　1.1　图见解析　3.0 解析：(1)电火花计时器的工作电压为交流220 V，而电磁打点计时器的工作电压约为交流8 V，图中为电火花计时器，B正确，A、C、D错误。 (2)计数点E所在位置的刻度尺读数为14.50 cm；DF段的位移为：xDF＝(19.15－10.30) cm＝8.85 cm，则小车加速过程中DF段的平均速度为：v＝＝ m/s≈1.1 m/s；根据描点作图，速度与时间图像如图所示。 图线的斜率为加速度，为： a＝＝ m/s2≈3.0 m/s2。 7．(2023·全国甲卷，节选)某同学利用如图甲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乙所示。 (1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移填到表中，小车发生对应位移和平均速度分别为Δx和，表中ΔxAD＝________cm，AD＝________cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 vAD 87.3 94.6 (2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图丙所示，在图中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s。(均保留3位有效数字) 答案：(1)24.00　80.0　(2)见解析图　(3)70.0　59.0 解析：(1)根据纸带的数据可得 ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm 平均速度为AD＝＝80.0 cm/s。 (2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得： (3)从实验结果可知，小车运动的-Δt图线可视为一条直线，如图所示。 此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知其中 k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s。 学科网（北京）股份有限公司 $$