2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 同步作业基础版 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（同步作业基础版） 一、实验题 1．某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。 (1)常见的打点计时器有两种：___________________和_______________，它们使用的都是 ___________电源（填“直流”或“交流”），当电源频率为50Hz时，每隔_________s打一个点。 (2)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 (3)要测量小车的速度。除打点计时器（含所用电源、纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的测量工具是_____________。 2．如图所示，是在《探究小车速度随时间变化的规律》中打出的一条纸带，其中1、2、3、4是按打点的先后顺序依次选定的计数点，相邻两计数点的时间间隔为0.02s，由图中数据可判断小车做_________运动，打计数点2时，小车运动速度的大小为_________m/s。 3．某同学用打点计时器研究匀变速运动，获得如图纸带，相邻计数点间有4个点未画出。已知打点周期0.02s。 (1)相邻计数点间的时间间隔_______s (2)打C点时的瞬时速度vC=______m/s（结果保留两位有效数字） (3)计算加速度为a=_____m/s2（结果保留两位有效数字） 4．实验步骤 （1）如图所示，倾斜直槽放置在水平桌面上，把光电门B、C固定在倾斜直槽上。 （2）闭合电源开关，让小球从紧靠竖直支架A的位置由静止释放，把数字计时器分别采集的小球经过B、C两个光电门的时间记录到下表中。 （3）从________（填“同一”或“任意”）位置再次由静止释放小球，把数字计时器测量的小球经过两个光电门之间的时间记录到下表中。 （4）断开电源开关，改变光电门C的位置，重复上述操作过程，将五次测量获得的实验数据填入下表中。 5．某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，电源频率为50Hz，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。相邻两个计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s。 （1）在实验中，使用打点计时器时应先___________再___________；（均选填“拉动纸带”或“启动电源”） （2）每两个计数点间还有___________个计时点没有标出； （3）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表（计算结果均保留3位有效数字）； vB vC vD vE vF 数值/（m/s） ______ _______ _____ 0.640 0.721 （4）以A点为计时起点，将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线________；并说明小车速度变化的特点：___________。 6．电磁打点计时器是使用交流电源工作的计时仪器，其工作电压通常为______V。当电源的频率为50 Hz时，该打点计时器每隔______s打一次点。某同学用打点计时器、重物和纸带做研究重物下落运动的实验，如图（a）所示。选出的一条纸带如图（b）所示，O、A、B、C、D是五个计数点，从O开始每隔一个点选一个计数点。用毫米刻度尺测得OA=6.63 cm，AB=8.16 cm，BC=9.7 cm，CD=11.23 cm。这四个数据中不符合读数要求的是______。根据以上数据可知，重物做______运动。当打点计时器打下点B时，重物下落的速度大小是______m/s，重物下落的加速度是______m/s2（结果保留3位有效数字）。若用其他更准确的方法测出重物下落的加速度为9.80 m/s2，则本实验加速度测量值的相对误差为______。 7．（1）在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有定滑轮的长铝板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、秒表．其中在本实验中不需要的器材是________________________． （2）如图所示，是某同学用电火花计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，电火花计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，将纸带上一点标记为A点，然后按打点顺序每隔四个点(图上没画出)依次标为B、C、……，其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.33 cm，x4＝8.95 cm，x5＝9.61 cm，x6＝10.26 cm． 下表列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度． 位置 B C D E F 速度/(m/s) 0.737 0.801 _____ 0.928 0.994 （3）以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线． ( ) （4）根据你画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝________ m/s2． 8．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图甲所示，分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从间通过时，光电计时器就可以显示出滑块的挡光时间，现有某滑块在斜面上滑行，先后通过光电门和光电门，计时器显示的挡光时间分别为、，滑块从到达光电门到到达光电门所经历的时间，用分度值为的刻度尺测量滑块的长度，示数如图乙所示。 (1)读出滑块的长度d=_________cm； (2)滑块通过光电门的瞬时速度分别为_________、_________；（计算结果均保留两位小数） (3)滑块的加速度大小为_________；（计算结果均保留两位小数） (4)由此测得的滑块的瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是滑块通过光电门和的_______________，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，可将_____________的宽度减小一些。 9．（1）甲同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度． ①电火花打点计时器是一种使用__________的计时仪器，本实验还需要的测量工具有______.（填入正确选项前的字母） A．天平   B．秒表   C．毫米刻度尺   D．交流电源   F．直流电源 ②使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序，应该是( ) A．先接通电源，后释放纸带        B．先释放纸带，后接通电源 C．释放纸带的同时接通电源        D．哪个先，哪个后都可以 ③某同学利用如图所示的装置研究匀变速直线运动时，记录了下列实验步骤．合理的操作顺序是______________（填写步骤前面的字母） A．把一条细绳拴在小车上，使细绳绕过滑轮，下边挂上合适的钩码．把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面． B．把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路． C．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源． D．换上新纸带，重复操作三次． ④该同学在研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时器打出了一条纸带O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，OD间的距离为_________cm （2）乙同学在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s. ①试根据纸带上各个计数点间的距离，算出打下D点时小车的瞬时速度，并将D点速度值填入下表.（保留2位有效数字） 时刻（s） 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 速度 vB vC vD vE vF 数值（m/s） 0.40 0.48 ____ 0.64 0.72 ②将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.__________ ③根据第（2）问中画出的v-t图线，求出小车运动的加速度为__________m/s2（保留2位有效数字） ④根据图像可以求出0时刻的初速度vA= ___________ m/s 10．（1）电火花打点计时器使用__________V的__________（直流，交流）电。如果交流电频率是50Hz，每隔__________打一个点。 （2）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，未启动打点计时器，小车应放置在( ) A．靠近打点计时器位置 B．长木板上的滑轮附近 C．打点计时器与滑轮的中点处 D．任意位置 11．(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是______（填“直流电”或“交流电”），它们是每隔______s打一个点； (2)在“用打点计时器测速度”的实验中：除电磁打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有（     ）（填选项代号）； A．电压合适的交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 (3)实验过程中，下列做法正确的是（     ） A．先释放小车，再接通电源 B．先接通电源，再释放小车 C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (4)某同学用如图甲所示的装置，打出的一条纸带如图乙所示，其中、、、、为计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。打点计时器打下点时小车的瞬时速度大小为______（结果保留2位有效数字）。 12．如图所示是一打点计时器打出的纸带，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出，测得各计数点到0点的距离如图所示，求出各计数点的瞬时速度并画出v-t图像． 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．(1) 电磁打点计时器 电火花计时器 交流 (2)BD (3)刻度尺 【详解】（1）[1][2]常见的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器。 [3]两种打点计时器均使用交流电源。 [4]电源频率为 由周期与频率的关系得，故相邻两点的时间间隔为 （2）A．释放纸带的同时接通电源，开始一段纸带会缺少点迹，故A错误； B．应先接通电源使打点计时器稳定工作，再释放纸带，故B正确； C．先释放纸带再接通电源，开始一段纸带会缺少点迹，故C错误； D．相等时间内纸带的点迹越密集，纸带运动的位移越小，速度越小，故D正确。 故选BD。 （3）打点计时器记录相等的时间间隔，还需用刻度尺测量纸带上相邻点间的距离，以确定小车的速度。 2． 匀减速 0.78 【详解】[1] 根据纸带可知，相邻两个计数点之间的时间间隔0.02s，依据相等的时间内，位移之差 均相等，说明小车做匀减速直线运动 [2] 根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度 3．(1)0.1 (2)0.20 (3)0.50 【详解】（1）相邻计数点间有4个点未画出，打点周期0.02s，则相邻计数点间的时间间隔 （2）根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于全程的平均速度，则C点时的瞬时速度为 （3）根据匀变速直线运动中相邻的相等时间间隔位移差计算加速度，则 4．同一 【详解】测量小球经过两光电门之间的时间时，必须保证小球的初始条件与第一次相同，才能使小球到达光电门、时的运动状态与第一次相同，因此应从同一位置由静止释放。 5． 启动电源 拉动纸带 4/四 0.400 0.479 0.560 小车的速度随时间均匀增大 【详解】（1）[1][2]在实验中，使用打点计时器时应先启动电源，再拉动纸带。 （2）[3]由题意可知相邻两计时点间的时间间隔为 每两个计数点间未标出的计时点个数为 （3）[4][5][6]分别用对应时间段的平均速度表示中间时刻的瞬时速度，可得 （4）[7]v-t图线如图所示。 [8]v-t图线为斜率为正的倾斜直线，说明小车的速度随时间均匀增大。 6． 4~6 V 0.02 9.7 cm 匀加速直线 2.23 9.60 2% 【详解】①电磁打点计时器的工作电压通常为4~6 V； ②根据可知，当电源的频率为50 Hz时，该打点计时器每隔0.02 s打一次点； ③四个数据中，只有BC=9.7 cm没有进行估读，所以不符合读数要求； ④经过计算可知，AB-OA≈BC-AB≈CD-BC，根据匀变速直线运动规律的推论可知重物做匀加速直线运动。 ⑤做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于这段时间内中间时刻的瞬时速度。另外，由题意可知，相邻量计数点间的时间间隔为2T=0.04 s因此当打点计时器打下点B时，重物下落的速度大小是 ； ⑥根据逐差法，重物下落的加速度是 ； ⑦本实验加速度测量值的相对误差为 。 7． 秒表 0.864 0.64(0.63～0.65均可) 【详解】(1)[1]时间可以由纸带上的点数和打点频率算出，故不需要秒表． (2)[2]根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知： vD＝＝＝0.864 m/s (3)[3]小车的速度—时间关系图线如图所示． (4)[4]在v-t图象中，图线的斜率表示加速度的大小则: a＝＝0.64m/s2 8．(1)4.45 (2) 0.89 1.48 (3)3.93 (4) 平均速度 滑块 【详解】（1）由图乙可得，滑块的长度为 （2）[1]滑块通过光电门的速度为 [2]滑块通过光电门的速度为 （3）滑块的平均加速度大小为 （4）[1][2]根据可知，当越趋近于时，所求的平均速度越接近于瞬时速度。所以由此测得的滑块的瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是滑块通过光电门和的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，可将滑块的宽度减小一些。 9． D C A BACD 1.20(1.18~1.20均正确) 0.56 0.84(0.80~0.86均正确) 0.30(0.30~0.34均正确) 【分析】熟悉利用纸带测量匀变速直线运动的加速度和速度的实验原理；匀变速直线运动中某段时间内中间时刻速度与平均速度大小相等；v-t图像的斜率大小为加速度大小． 【详解】(1) ①[1]电火花打点计时器需要用交流电源，故选D； [2]打出的纸带需要用毫米刻度尺测量点与点之间的距离，即物体直线运动的位移，故选C； ②[3]为了有效利用纸带和保持打点的稳定，需要先接通电源后释放纸带，故选A； ③[4]先组装器材，后连接电路，然后将小车与纸带和钩码进行连接开始做实验，最后重复几次减小误差，故合理的顺序应该是：BACD； ④[5]从图中读出刻度尺OD的距离为1.20cm(1.18~1.20均正确)； (2)①[6]D点的速度为CE段的中间时刻速度： ②[7]在图中先描点，后用直线连接，尽量使直线左右两侧的点数目相等： ③[8]根据图像可知： (0.80~0.86均正确) ④[9]从图像中看出0时刻物块的初速度为0.30m/s(0.30~0.34均正确)． 【点睛】本题考查了测量匀变速直线运动加速度的基本实验步骤、原理和数据处理，题目较为基础． 10． 220 交流 0.02s A 【详解】（1）[1][2]电火花打点计时器使用220V的交流电。 [3]根据 如果交流电频率是50Hz，每隔0.02s打一个点； （2）[4] 打点计时器应固定在长木板上，在固定滑轮的另一端，为了在纸带打更多的点，开始实验时小车应放在靠近打点计时器一端。 故选A。 11．(1) 交流电 0.02 (2)AC (3)BD (4)0.30 【详解】（1）[1]打点计时器是一种计时仪器，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的都是交流电。 [2]由题意知电源频率为，根据周期与频率的关系有 代入数据解得 （2）A．打点计时器必须使用交流电源，故A正确； B．打点计时器不能使用直流电源，故B错误； C．实验中需要测量纸带上点迹间的距离，所以必须使用刻度尺，故C正确； D．打点计时器本身就是计时仪器，不需要使用秒表，故D错误； E．本实验探究小车速度随时间变化的规律，不需要测量质量，不需要使用天平，故E错误。 故选AC。 （3）A．为充分利用纸带，实验时应先接通电源，等打点稳定后再释放小车，故A错误； B．实验时应先接通电源，再释放小车，故B正确； C．实验前应将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，而不是靠近滑轮处，故C错误； D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处可以打出更多的点，从而充分利用纸带，故D正确。 故选BD。 （4）相邻两个计数点之间还有4个点未画出，则相邻两个计数点之间的时间间隔为 代入数据解得 根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打下点时小车的瞬时速度大小为 代入图中所给数据解得 12．0.195m/s；0.40m/s；0.61m/s；0.69m/s；0.70m/s； 【详解】0点和2点离1点最近，求出0点和2点之间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出0和6两个点的瞬时速度不便求出．然后画出图线，注意相邻计数点间的时间间隔．各段时间的平均速度作为1、2、3、4、5点的瞬时速度分别为；；；；．再以O点为坐标原点建立直角坐标系，横坐标表示时间，纵坐标表示速度，在直角坐标系中描点，然后连线得到v-t图像如图所示． 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $