实验2 测量小车的平均速度和瞬时速度

实验2 测量纸带的平均速度和瞬时速度 一、实验题 1．如图所示，是“探究功与物体速度变化的关系”的实验，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W，当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，每次实验中小车获得的速度由打点计时器打的纸带测出。 （1）下列说法正确的是 。（填正确答案标号） A．若木板水平放置，小车在一条橡皮筋作用下获得最大速度时，小车已过两个铁钉的连线 B．为消除摩擦力对本实验的影响，应该将木板的左端适当抬高 C．平衡摩擦力时，不需要小车拖着纸带穿过打点计时器的限位孔进行 D．在一次实验中，得到一条记录纸带，纸带上打出的点，两端密、中间疏，出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小 （2）实验中应测量小车 。（填正确答案标号） A．全程的平均速度            B．匀速阶段的瞬时速度 C．加速阶段的平均速度        D．任一点的瞬时速度 （3）分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度、、…，作出图像，则下列符合实际的图像是 。（填正确答案标号） A． B． C． D． 2．某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，下图中是小车在一条橡皮筋作用下由静止弹出沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W．当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放，小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出． （1）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是 ； （2）实验中我们应测量小车的什么速度( ) A．全程的平均速度 B．加速阶段的平均速度 C．任一点的瞬时速度 D．匀速阶段的瞬时速度 （3）在本实验中作出W—v图象如图所示，比较符合实际的是( ) （4）本实验结论是：橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝ ． 3．如图所示，是“探究小车速度随时间变化规律”的实验装置。 (1)该实验中，下列操作步骤必要的是___________ A．需将导轨远离滑轮的一端适当垫高 B．悬挂的槽码质量应远小于小车的质量 C．小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带 (2)如图所示，是某次正确操作后得到的纸带，已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，由此可测得纸带上打B点时小车的速度为 m/s，则小车的加速度为 m/s2（结果均保留两位有效数字）。 (3)如图所示，某同学将正确操作得到的纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条并排贴在一起，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，将纸条左上端点连起来，得到一条直线。则该直线___________ A．可以表示小车位移—时间图像 B．可以表示小车速度—时间图像 C．与时间轴夹角的正切为速度大小 D．与时间轴夹角的正切为加速度大小 (4)利用该装置还可以做的实验有___________ A．探究加速度与力、质量的关系 B．利用打点计时器测量小车的平均速度和瞬时速度 C．补偿阻力后，利用小车下滑过程验证机械能守恒定律 4．为探究物体做匀变速直线运动时平均速度与瞬时速度之间的关系，某物理实验小组利用数字化实验系统（带有2cm遮光片的小车，两个光电门，长1.5m力学轨道，计算机）进行了如下实验。 A．调节力学轨道使小车从轨道一端自由滑下。将第一个光电门固定在距轨道顶端30cm处，第二个光电门安装在80cm处； B．用实验系统测量小车经过两个光电门之间的平均速度； C．开始实验，将小车从轨道顶端无初速释放，依次移动第二个光电门（第一个不动），使两光电门之间的距离s逐渐减小，计算机自动记录实验数据； D．某次实验中得到了以下5组和s实验数据，并回答以下问题： （m/s） 0.050 0.095 0.130 0.165 0.195 s（m） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5    （1）在坐标系中将上述实验数据描点，拟合图像 ； （2）从描绘的图像可得小车经过第一个光电门时的瞬时速度是 ； （3）另一实验小组同学根据所学的匀变速直线运动知识推导了之间的函数关系，发现、s两个物理量之间并不满足线性关系。请你推导出对应的函数表达式 。 5．某同学利用斜面、小车和挡板“测小车的平均速度”。他设计了如图1所示的实验装置，通过改变斜面的倾斜程度进行了两次实验，小车第二次运动的v-t图像如图2所示，在实验过程中记录的数据如表，请你帮助该同学完成以下问题。 项目 AB段 AC段 路程/m 0.4 0.8 第一次实验时间/s 1.6 2.8 第二次实验时间/s 2.4 4.8 （1）该实验还需要的测量仪器有刻度尺和 ，测量小车平均速度的实验原理是 。 （2）在第一次实验中小车全程的平均速度是 m/s（结果保留二位小数）。 （3）实验中使用的斜面的倾角较小，其目的是 （填“缩短”或“增加”）测量时间，以减小测量时的误差。 （4）关于小车第二次运动的v-t图像更接近的是 （选填字母代号）。 （5）如果计时操作不熟练，让小车过了A点才开始计时，则会使所测AC段的平均速度偏 （填“大”或“小”）。 6．某一学习小组的同学在做“研究小车速度随时间变化的规律的实验”中，用打出的点迹来测量小车的平均速度和瞬时速度，实验装置如图所示。 (1)关于本实验，下列说法正确的是 。 A．释放纸带的同时，接通电源 B．先接通电源打点，后释放纸带运动 C．先释放纸带运动，后接通电源打点 D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小 (2)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50Hz。（结果保留3位有效数字） ①如果测得C、D两点间距，D、E两点间距，则打D点时小车的速度＝ m/s； ②该同学分别算出其他各点的速度：，，，0.300m/s，请在如图所示的坐标系中作出小车运动的v－t图像 。并根据图像求出小车的加速度大小a= m/s2。 7．如图所示，是“探究小车速度随时间变化规律”的实验装置。 (1)该实验中，下列操作步骤必要的是_______ A．需将导轨远离滑轮的一端适当垫高 B．悬挂的槽码质量应远小于小车的质量 C．小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带 (2)如图所示，是某次正确操作后得到的纸带，已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，由此可测得纸带上打B点时小车的速度为 m/s（保留两位有效数字）。 (3)如图所示，某同学将正确操作得到的纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条并排贴在一起，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，将纸条左上端点连起来，得到一条直线。则该直线_______ A．可以表示小车位移—时间图像 B．可以表示小车速度—时间图像 C．与时间轴夹角的正切为速度大小 D．与时间轴夹角的正切为加速度大小 (4)利用该装置还可以做的实验有_______（多选） A．探究加速度与力、质量的关系 B．利用打点计时器测量小车的平均速度和瞬时速度 C．补偿阻力后，利用小车下滑过程验证机械能守恒定律 参考答案： 1． BD B C 【详解】（1）[1]A．平衡摩擦力后，橡皮筋的拉力等于合力，橡皮条做功完毕，小车的速度最大，若不进行平衡摩擦力操作，则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时，速度最大；本题中木板水平放置，显然没有进行平衡摩擦力的操作，因此当小车的速度最大时，橡皮筋仍处于伸长状态，小车还没有过两个铁钉的连线，故A错误； B．为消除摩擦力对本实验的影响，应该将木板的左端适当抬高以平衡摩擦力，故B正确； C．平衡摩擦力时，需要小车拖着纸带穿过打点计时器的限位孔进行，故C错误； D．在一次实验中，得到一条记录纸带，纸带上打出的点，两端密、中间疏，说明小车先加速后减速，出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小，故D正确。 故选BD。 （2）[2]实验中需要知道橡皮筋做功完毕时小车的速度，因此时小车的速度最大，以后小车将做匀速运动，则应测量小车匀速阶段的瞬时速度，故选B。 （3）[3]因橡皮筋对小车做的功与速度关系为可知图像为C所示，故选C。 2． 把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 D C 【详解】（1）[1]．由题意可知，橡皮筋的弹力为小车所受的合力，故需把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力； （2）[2]．为研究橡皮筋做的功和物体速度变化的关系，需测量小车匀速阶段的瞬时速度，故选D； （3）[3]．由该过程的能量转化关系可知，橡皮筋的弹性势能通过弹力做功完全转化为小车的动能，故W—v图象为二次函数，故其图象为C； （4）[4]．由以上分析可知本实验结论是：橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝ 3．(1)C (2) 0.14/0.15/0.16 0.53/0.54/0.55/0.56/0.57 (3)B (4)AB 【详解】（1）A．该实验不需要平衡摩擦力，即不需将导轨远离滑轮的一端适当垫高，选项A错误； B．该实验只需小车加速运动即可，不需要悬挂的槽码质量应远小于小车的质量，选项B错误； C．小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带，选项C正确。 故选C。 （2）[1]纸带上打B点时小车的速度为 [2]小车的加速度为 （3）AB．因为剪断的纸带所用的时间都是t=0.1s，即时间t相等，所以纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比；而此段纸带的平均速度等于这段纸带中间时刻的速度，最后得出结论纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比，还等于各段纸带中间时刻的速度之比，则图像可以表示小车速度—时间图像，故A错误，B正确； CD．时间轴并非反映小车运动的时间，无法通过斜率计算速度和加速度，故CD错误； 故选B。 （4）利用该装置还可以做的实验有探究加速度与力、质量的关系和利用打点计时器测量小车的平均速度和瞬时速度实验，但是补偿阻力后，小车下滑过程受的合外力不是重力，则不能验证机械能守恒定律，选项AB正确，C错误。 故选AB。 4． 0.019m/s 【详解】（1）[1]在坐标系中将上述实验数据描点，拟合图像，如图所示    （2）[2]从描绘的图像可得小车经过第一个光电门时的瞬时速度是0.019m/s （3）[3]由匀变速直线运动规律，可得 5． 秒表 0.29 增加 B 大 【详解】（1）[1][2]该实验过程中需要测量路程和时间，故需要的测量仪器有刻度尺和秒表，测量小车平均速度的实验原理是； （2）[3]由题可知，小车在第一次实验中 解得 （3）[4]斜面的坡度越大，小车在斜面上运动的速度越快，在斜面上运动的时间越短，因此实验中使用的斜面的倾角小一些，可以增加小车在斜面上运动的时间，以减小测量时间的误差； （4）[5]由题可知，第二次实验中，小车在AB段和BC段的路程相同，所用的时间也相同，可见前半段和后半段的平均速度相同 A．由图可知，速度随时间均匀减小，表示减速运动，前后两段速度不相等，A不符合题意； B．由图可知，速度随时间没有发生变化，表示匀速运动，前后两段速度相等，B符合题意； C．由图可知，速度随时间均匀增大，表示加速运动，前后两段速度不相等，C不符合题意； D．由图可知，速度随时间先减小后增大，而小车整个过程的受力应该是不变的，D不符合题意。 故选B。 （5）[6] 如果计时操作不熟练，让小车过了A点才开始计时，则会使所测AC段的时间偏小，AC段路程不变，根据原理可知，AC段的平均速度会偏大。 6． BD 0.280 0.200 【详解】(1)[1]ABC．应该先接通电源，后释放纸带，否则部分纸带打不上点，甚至整条纸带都打不上点，AC错误，B正确； D．打点时间间隔是不变的，纸带运动越慢，点迹越密集，D正确。 故选BD。 (2)[2]D点的速度为 [3] 小车运动的v－t图像如图所示 [4]小车的加速度为 7．(1)C (2)// (3)B (4)AB 【详解】（1）AB．在探究小车速度随时间变化的规律时，只要小车做匀加变速运动即可，不需要平衡摩擦力，即不需要将导轨远离滑轮的一端适当垫高，也不需要悬挂的槽码质量远小于小车的质量，故AB错误； C．实验结束时，应先关电源，然后再取下纸带，即小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带，故C正确。 故选C。 （2）打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，由图可知，相邻两计数点间的时间间隔为 纸带上打B点时小车的速度为 （3）AB．因为剪断的纸带所用的时间都是，所以纸带的长度等于此段纸带的平均速度之比，则该直线可以表示小车速度—时间图像，故A错误，B正确； CD．速度—时间直线斜率表示加速度，但由于坐标轴的单位长度选取，该直线与时间轴夹角的正切不一定表示直线的斜率，则不一定为加速度大小，故CD错误。 故选B。 （4）A．平衡摩擦力之后，保证悬挂的槽码质量远小于小车的质量，可以完成探究加速度与力、质量的关系，故A正确； B．可以利用打点计时器打出的纸带计算出小车的平均速度和瞬时速度，故B正确； C．即使平衡了摩擦力，摩擦力也不会消失，机械能不守恒，则不能用该实验装置完成验证机械能守恒定律，故C错误。 故选AB。 第1页 学科网（北京）股份有限公司 $$