2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 分层练习-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

**基本信息** 本练习围绕“探究小车速度随时间变化的规律”实验，通过基础操作、数据处理到综合应用的分层设计，系统巩固匀变速直线运动规律，培养科学探究能力与实验数据处理技能。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|实验器材选择（如电火花计时器电源）、操作规范（先通电后释放小车）|以器材识别题（第1题）、操作步骤选择题（第2题）夯实实验基础，体现科学态度| |进阶层|纸带数据处理（瞬时速度计算、逐差法求加速度）|通过纸带计数点分析（第3、4题）强化科学推理，训练匀变速运动公式应用| |综合层|光电门测量、创新实验装置（激光笔与钢柱）|结合光电门测速（第6、7题）及图像分析（第10题v-t图像），培养模型建构与质疑创新能力|

实验：探究小车速度随时间变化的规律 分层练习 1．某同学用如图甲所示的装置探究小车做匀变速直线运动的规律，他采用电火花计时器进行实验。 (1)请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上（填编号） ______；______；______ ①电火花计时器 ②天平 ③4~6V低压交流电源 ④细绳和纸带 ⑤砝码、托盘和小车 ⑥刻度尺 ⑦秒表 ⑧一端带有定滑轮的长木板 (2)安装好实验装置后，先接通电源，后释放小车。纸带被打出一系列点，其中一段如图乙所示，可知纸带的______（填“左”或“右”）端与小车相连。 (3)如图乙所示的纸带上，A、B、C、D、E为纸带上所选的计数点，相邻计数间的时间间隔为0.1s，则______，______。（保留2位有效数字） 2．如图所示是研究物体做匀变速直线运动规律时得到的一条纸带，（实验中打点计时器所接低压交流电源的频率为50Hz）相邻两计数点间有4个计时点未画出，依照打点的先后顺序依次编号为1、2、3、4、5、6、7都为记数点.测得：，，.（计算结果均保留三位有效数字） （1）实验过程中应___________. A.先接通电源再释放纸带 B.先释放纸带再接通电源 （2）相邻两计数点间的时间间隔为________s； （3）利用逐差法求物体的加速度大小______________； （4）打点计时器打记数点6时，物体的速度大小为______________. 3．某同学在用电火花打点计时器和纸带做“研究匀变速直线运动规律”的实验时，得到一条打下的纸带如图所示，并在上面取了A、B、C、D、E五个计数点，相邻两个计数点间还有4个点（图中没有画出），打点计时器所用电源为频率50Hz的交流电源，即打点周期为。 (1)电火花打点计时器的工作电压为_________V； (2)计算打下D点的瞬时速度v的公式为__________________（选用题中所给的物理量T、、、、等字母表示）； (3)实验测得、、、，则物体的加速度大小为__________________（结果保留两位有效数字）。 4．某同学用如图所示装置探究小车做匀变速直线运动的规律。 安装好实验装置后，按照正确的实验操作，纸带被打出一系列点，其中一段如图所示 。 (1)如图中O、A、B、C、D、E、F为相邻的计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，已知打点计时器所用的电源频率为50Hz，则小车运动的加速度大小为______。打下E点时小车的瞬时速度大小为______。（结果均保留3位有效数字） (2)实验结束后，甲、乙两组同学分别把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条下端对齐，并排贴在一张纸上，得到如图甲、乙所示的两幅图。由图可知______组实验过程中小车的加速度大。 5．某实验小组的同学在利用打点计时器研究小车匀变速直线运动的规律时，其装置如图丙所示，实验室为其提供了下列两种打点计时器。 (1)图甲为____________（填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”），其工作电压为____________（填“8V左右的直流电”“8V左右的交流电”“220V的直流电”或“220V的交流电”）. (2)下列操作正确或必需的是(      ) A.实验时，应将小车靠近定滑轮 B.实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放小车 (3)某次实验时，通过打点计时器得到的纸带如图丁所示，已知打点计时器所接电源的频率为。该小组的同学依次选择了5个计数点，且相邻两计数点间还有4个计时点未画出，则每两个计数点间的时间间隔为______s；已知A、B、C、D、到O点的距离分别为、、、19.96cm，且小车做加速直线运动，则该纸带的____________（填“左”或“右”）端与小车相连，打下计数点时，小车的速度大小____________，小车的加速度大小____________（速度、加速度的计算结果均保留两位有效数字）。 6．某物理兴趣小组利用气垫导轨和数字计时器来测量瞬时速度和加速度，实验装置如图所示，滑块在牵引力的作用下做加速直线运动，先后通过了两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为，已知遮光条的宽度为，从遮光条第一次遮光到第二次遮光经过的时间为。求： （1）滑块通过第一个光电门时的速度大小为___m/s，滑块通过第二个光电门时的速度大小为___m/s； （2）滑块运动的加速度大小为______。 7．用如图所示的实验装置测量滑块在气垫导轨上的加速度。气垫导轨上两个光电门之间的距离为L，槽码拖动滑块匀加速先后通过两个光电门，数字计时器记录遮光条通过光电门1的时间为，通过光电门2的时间为。 （1）为了算得滑块的加速度大小，还需要测量的物理量是______________（单选）； A.滑块的质量m B.遮光条在两个光电门之间运动的时间 C.遮光条的宽度d （2）计算小车的加速大小表达式为______________（用题中的物理量符号表示）； （3）若实验时仅改变光电门2的位置，让滑块每次都从同一位置静止释放，记录多组遮光条通过光电门2的时间及对应的两个光电门之间的距离L，做出图像，下列图像可能正确的是______________。 A. B. C. D. 8．某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图甲所示.一小车放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连，在重物牵引下，小车在木板上向左运动.下图给出了电火花计时器在纸带上打出的一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点没画出，电火花计时器所用的交流电频率为50Hz。 （1）下列操作中正确的有________________（填选项代号） A.在释放小车前，小车要靠近打点计时器 B.打点计时器应放在长木板的有滑轮一端 C.应先接通电源，后释放小车 D.电火花计时器应使用低压交流电源 （2）根据纸带（图乙）可以计算各点的瞬时速度及小车加速度，现计算第2点的瞬时速度______m/s，小车的加速度为__________________。（结果均取三位有效数字） （3）另一同学利用如图丙所示的装置测定导轨上滑块运动的加速度，滑块上安装了宽度为d的遮光板.滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门A、B，配套的数字毫秒计（图中未画出）记录了遮光板通过第一个光电门A的时间为，则滑块通过第一个光电门的速度表达式为________.若已知滑块通过两光电门速度分别为、，两个光电门A、B间距离为L，则滑块的加速度表达式为________________。（用题中字母表示） 9．某同学用如图（a）所示的装置测定匀变速直线运动物体的加速度。不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮，轻绳两端分别连接物块P与感光细钢柱K，钢柱K下端与物块Q相连。铁架电动机台下部固定一个电动机，电动机竖直转轴上装一支激光笔，电动机带动激光笔绕转轴在水平面内转动，每转一周激光照射在细钢柱表面时就会使细钢柱感光并留下痕迹。初始时P、K、Q系统在外力作用下保持静止，轻绳与细钢柱均竖直。 （1）开启电动机，待电动机匀速转动后。将P、K、Q系统由静止释放，Q落地前，激光器在细钢柱K上留下感光痕迹。取下K，用刻度尺测出感光痕迹间的距离如图（b）所示。若电动机转动一圈的时间为0.05s，则激光束照射到E点时，细钢柱速度大小为v=_________m/s（结果保留2位有效数字），系统的加速度a=____________________（结果保留3位有效数字）； （2）选取相同的另一感光细钢柱K，若初始时激光笔对准K上某点，利用调速装置使电动机变速转动。开启电动机的同时系统由静止释放，记录下如图（c）所示的感光痕迹，其中两相邻感光痕迹间距均为d。则电动机转动一圈所用时间__________(“越来越长”、“越来越短”、“时长时短”)，电动机转动第1圈与第4圈所用时间的比值__________________________。 10．利用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”，实验装置如图所示。 (1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细线、槽码、复写纸。本实验中还需要用到的实验器材有____________。 A.交流电源 B.直流电源 C.刻度尺 D.停表 (2)按照上图安装好器材，下列实验步骤正确的操作顺序为____________（填各实验步骤前的字母）。 A.释放小车 B.接通打点计时器的电源 C.调整滑轮位置，使细线与木板平行 (3)实验中打出的一条纸带如图所示，A、B、C、D、E、F、G是依次选取的计数点（相邻计数点间有4个点未画出），可以判断纸带的____________（填“左端”或“右端”）与小车相连。 (4)某同学想通过图像求小车的加速度，请你利用纸带数据，计算打下E点时的瞬时速度，并记录在表中____________（保留两位有效数字）。 计数点 B C D E F t/s 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 v/（） 0.16 0.19 0.22     0.28 (5)请你在图中用“+”描出E点的位置，并且画出小车运动的图像____________。 (6)由上图可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是①____________。上图中图像斜率的物理意义是②____________。 (7)根据上图可知，小车的加速度大小____________（保留两位有效数字）。 (8)某同学利用气垫导轨和光电门组装了如图所示的实验装置，用其测量滑块运动的加速度。让滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，滑块上安装了宽度为d的遮光条。配套的数字计时器记录了遮光条通过第一光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为。若利用该装置完成实验，还需测量哪一个物理量，请你写出并简述测量原理____________。 参考答案 1．答案：(1)② ； ③ ；⑦ (2)左 (3)0.14；1.3 解析：（1）本实验不需要天平测质量，电火花计时器应用220V交流电源，也不用秒表测时间，故不需要的器材为②③⑦。 （2）纸带和小车相连的一端先被打点，此时纸带速度较小，点间距离较小，故纸带的左端与小车相连。 （3）计数点B点的速度大小为 由逐差法可知，小车的加速度大小为 2．答案：A；0.1；0.503；0.365 解析：（1）为了提高纸带的利用率，在释放小车前，小车要靠近打点计时器，这样可以尽量在纸带上多打点，为了提高纸带的利用率，同时为了使打点更稳定，减小误差，要先接通电源，再释放纸带，故A正确，B错误； （2）相邻计数点间的时间间隔为：； （3）根据匀变速直线运动的推论公式：可以求出加速度的大小，则有：代入数据解得： （4）根据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6的瞬时速度，则有： ， 代入数据解得： m/s. 3．答案：(1) (2) (3) 解析：（1）电火花打点计时器的工作电压为。 （2）打下某点时的瞬时速度用这点前后两点间的平均速度来代替，所以计算打下D点的瞬时速度v的公式为 （3）利用逐差法计算物体的加速度大小 4．答案：(1) 2.00；1.10 (2)甲 解析：（1）相邻两计数点间还有4个点未画出，可知；小车运动的加速度大小为 打下E点时小车的瞬时速度大小为 （2）剪断的每条纸条的长度均等于各段的平均速度与时间的乘积（即），因为把纸带每隔0.1s剪断，故每一条纸条对应的运动时间都相等，所以纸条的长度之比就是平均速度之比，根据匀变速直线运动中，某段时间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故可以把甲、乙图看成是图像，图线是纸条上端中点的连线，如下图所示，可知甲图纸条上端中点的连线斜率较大，所以甲的加速度较大。 5．答案：(1)电磁打点计时器；8V左右的交流电 (2)B (3)0.1/0.10；左；0.70；2.0 解析：（1）图甲为电磁打点计时器，其工作电压为低压交流电源，即应选填8V左右的交流电。 （2）A.为了充分利用纸带，实验时应将小车靠近打点计时器，故A错误； B.实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定时再释放小车，故B正确。 故选B。 （3）相邻两计数点间的时间间隔 小车释放后速度逐渐变大，则相等时间内运动的位移越来越大，题图丁纸带从左向右打点间距越来越大，可知是纸带的左端与小车相连； 打下C点时小车的瞬时速度等于段的平均速度，则 由逐差法可得小车运动的加速度为 代入数据解得。 6．答案：0.1；0.3；0.2 解析：（1）滑块通过第一个光电门时的速度大小为滑块通过第二个光电门时的速度大小为 （2）滑块运动的加速度大小为 7．答案：（1）C（2）（3）B 解析：（1）实验中已知气垫导轨上两个光电门之间的距离为L，用遮光条通过两光电门时的平均速度代替瞬时速度，利用匀变速运动中速度位移公式 可求得加速度，故需要测量遮光条的宽度d。 故选C。 （2）根据前面分析结合 ， 代入解得 （3）若实验时仅改变光电门2的位置，让滑块每次都从同一位置静止释放，滑块经过光电门1时的速度不变，有 整理得 故可知图像为一条在轴上截距大于零的直线。 故选B。 8．答案：（1）AC（2）0.396；0.380（3）； 解析：（1）A.在释放小车前，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带，选项A正确； B.打点计时器应放在长木板的没有滑轮一端，选项B错误； C.实验时应先接通电源，后释放小车，选项C正确； D.电火花计时器应使用220V的交流电源，选项D错误。 （2）相邻的两个计数点间还有4个点没画出，计数点间的时间间隔： ，第2点的瞬时速度： 由匀变速直线运动推论：可知，小车的加速度为 （3）滑块通过第一个光电门的速度表达式为 由，可解得 9．答案：（1）1.0；4.04（3.95~4.15均可）；（2）越来越短； 解析： 10．答案：(1)AC (2)CBA (3)左端 (4)0.25 (5)见解析 (6)作出的图像是一条倾斜的直线；小车做匀变速直线运动的加速度 (7)0.30 (8)见解析 解析：（1）打点计时器需要连接交流电源；需要用刻度尺测量纸带上计数点间的距离；通过打点计时器可以知道时间间隔，所以不需要停表。 故选AC。 （2）实验前应调整滑轮位置，使细线与木板平行；为了充分利用纸带，实验时应先接通打点计时器的电源，后释放小车。故正确的操作顺序为CBA。 （3）由于小车做加速运动，相同时间内通过的位移越来越大，所以纸带的左端与小车相连。 （4）相邻计数点间有4个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为 则计算打下E点时的瞬时速度为 （5）在图中用“+”描出E点的位置，并且画出小车运动的图像如图所示 （6）由上图可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是：作出的图像是一条倾斜的直线；上图中图像斜率的物理意义是：小车做匀变速直线运动的加速度。 （7）根据上图可知，小车的加速度大小为 （8）滑块通过光电门1的速度为 滑块通过光电门2的速度为 要测得滑块的加速度，还需测量的物理量是两光电门之间的距离L，根据运动学公式可得 联立可得 学科网（北京）股份有限公司 $