专题05 实验：探究小车速度随时间变化的规律· 4大题型（期中专项训练）高一物理上学期沪科版

专题05 实验：探究小车速度随时间变化的规律 题型1 计算某点的瞬时速度 题型2 用DIS研究匀变速运动 题型3 用光电门研究匀变速运动 题型4 用频闪相机研究匀变速运动 基础·固本强基 题型1 计算某点的瞬时速度 1．某同学利用打点计时器所记录的纸带求某点瞬时速度的实验中，实验中获得的纸带如图所示（相邻计数点时间间隔0.06 s），图中O为计时起点，下列说法正确的是（　　） A．用D、G两点间的平均速度，可以粗略表示E点的瞬时速度 B．D、G两点间距离越小，实验测量误差就一定越小 C．纸带的右端与打点计时器相连 D．纸带一定是匀加速直线运动 【答案】A 【详解】A．根据瞬时速度的粗略计算方法，当时间间隔较小时，一段位移内的平均速度可近似等于这段位移中某点的瞬时速度。E点在D、G两点之间，因此用D、G两点间的平均速度可以粗略表示E点的瞬时速度，故A正确； B．若D、G间距过小，测量该段距离的相对误差会显著增大，反而导致实验误差变大，并非距离越小误差一定越小，故B错误； C．打点计时器刚启动时，纸带运动速度小，打出的点迹更密集。图中左侧O、A位置点更密集，说明纸带的左端与打点计时器相连，故C错误； D．仅从点迹间距逐渐增大，只能判断纸带整体速度在变大，无法确定相邻相等时间内的位移差恒定，不能得出“一定是匀加速直线运动”的结论，故D错误。 故选 A。 2．“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验中得到的一条纸带如图乙所示。实验中打点计时器每隔打一个点，每5个连续打出的点取一个计数点，则图乙纸带中计数点2的读数为________，打下计数点3时纸带的速度为________（保留两位有效数字）。 【答案】 // 【详解】[1]图中刻度尺分度值为，长度测量需要估读到分度值的下一位，故图乙纸带中计数点2的读数为 [2]实验中每5个连续点取一个计数点，因此相邻计数点的时间间隔 根据匀变速直线运动的规律，某段时间内的平均速度近似等于中间时刻的瞬时速度，计数点3的瞬时速度等于计数点2到计数点4这段过程的平均速度，其中计数点4的读数为，两点间距 故打下计数点3时纸带的速度为 3．打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)如图甲、乙是两种打点计时器的图片，其中___________（选填： A．甲或B．乙）是电火花计时器。 (2)打点计时器使用___________（选填： A．交流或B．直流）电源，打点的时间间隔为0.02s。 (3)电火花打点计时器工作时应接大约___________（选填“220V”“8V”）电压。 (4)一小车在重物牵引下拖着穿过打点计时器的纸带沿平直轨道加速运动。如图是打出的纸带的一段，相邻两个计数点之间还有2个点未画出。 ①图中AB两点的时间间隔T=___________ s ②在打下B点时小车的瞬时速度vB=___________ m/s（结果保留2位小数） ③小车和纸带运动过程，做___________运动（“加速”、“减速”、“匀速”） 【答案】(1)A (2)A (3)220 V (4) 0.06 0.63 加速 【详解】（1）甲图含有墨粉纸盒、纸盘轴、脉冲开关等结构，是电火花计时器；乙图含有永久磁铁、线圈、振片、振针、复写纸，是电磁打点计时器，故选A。 （2）打点计时器使用交流电源，我国交流电频率为50Hz，打点时间间隔为0.02s，故选A。 （3）电火花计时器工作时接220V交流电压，电磁打点计时器接约8V交流电压。 （4）纸带数据：OA=3.18 cm，OB=6.74 cm，OC=10.69 cm，OD=15.05 cm；相邻两个计数点之间还有2个点未画出。 ①[1]相邻两计数点间的时间间隔T=3×0.02s=0.06s。 ②[2] B点的瞬时速度用AC段的平均速度表示。 ③[3]相邻相等时间间隔内位移差Δx=BC-AB=（3.95-3.56）cm=0.39cm>0，小车速度越来越大，做加速运动。 4．光电门是物理实验中用来测量时间的一种常用设备，如图甲所示，S是光源，K是光接收器，当有不透明物体通过光电门时，物体会遮住光源，接收器K接收不到光信号，计时器便开始计时，当物体通过后，接收器K重新接收到光信号，计时结束，即可记录物体通过光电门所用的时间。如图乙所示，某同学用光电门测量小车沿斜面向下匀加速运动的速度大小，小车上安装有遮光板，A、B是安装在斜面上不同位置的两个光电门。 (1)关于本实验，下列说法正确的是（     ） A．遮光板宽度越大，测出的瞬时速度越准确 B．小车通过光电门的瞬时速度，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替 C．用光电门测小车的速度大小，所应用的物理方法是极限思维法 D．本实验由于数字计时器的精确度造成的误差属于偶然误差 (2)已知遮光板宽度，让小车从斜面顶端以一定的初速度开始沿斜面向下匀加速运动，两光电门计时器记录的时间分别为，，则小车通过A、B两位置的速度分别为________m/s，________m/s。（结果均保留2位有效数字） (3)若小车通过两光电门之间的时间差，则加速度大小为________。 【答案】(1)BC (2) 1.0 2.5 (3)0.5 【详解】（1）A．遮光片宽度越大，挡光时间越长，平均速度与瞬时速度的差异越大，测出的瞬时速度越不准确，故A错误； B．小车通过光电门时挡光时间极短，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替瞬时速度，故B正确； C．用光电门测小车的速度大小，是用极短时间内的平均速度代替瞬时速度，应用的物理方法是极限思维法，故C正确； D．数字计时器的精确度造成的误差属于系统误差，不是偶然误差，故D错误。 故选BC。 （2）[1]遮光片宽度，小车通过位置的速度 代入数据解得 [2]小车通过位置的速度 代入数据解得 （3）小车加速度 代入数据解得 题型2 用DIS研究匀变速运动 物理DIS实验设备，即数字化信息系统（Digital Information System）实验设备，是一种现代化的物理实验教学工具。它通过传感器，数据采集器加计算机软件的结合，使得物理实验的数据采集、处理和分析更加高效和精确。 5．“用DIS测定瞬时速度”的实验装置如图所示，图中的①是___________传感器。实验中应如图___________（选涂：A．a　B．b）安装挡光片，并让装有挡光片的小车每次从___________（选涂：A．随意位置　B．同一位置）由静止开始下滑，实验中分别记录了四种挡光片的宽度及相应的挡光时间，数据见表格，为了尽可能准确得到挡光片开始挡光时小车的瞬时速度，应选择的测量数据是第___________组数据。且小车的瞬时速度为___________。（结果保留2位小数）“瞬时速度”的测量体现了___________的思想方法。 组次 宽度 挡光时间 1 0.0800 0.23044 2 0.0600 0.17464 3 0.0400 011662 4 0.0200 0.05850 6．用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的___________部分固定在小车上，___________部分固定在轨道一端，并将它与___________（设备名称）相连。实验中得到如图所示的图线，则AB段的平均速度大小为___________m/s。 【答案】5． 光电门 A B 4 0.34 极限 6． 发射器 接收器 数据采集器 0.5 【详解】5．[1]由图，图中的①是光电门传感器。 [2]挡光片为水平放置的“L”形，竖直短边即为挡光片宽度。故选A。 [3]实验中，每次实验应控制变量，让小车从同一位置由静止下滑。故选B。 [4]挡光片宽度越窄，平均速度越接近瞬时速度，应选宽度最小的第4组数据。 [5]由表中数据，瞬时速度 [6]挡光片宽度越窄，平均速度越趋近于瞬时速度，该测量体现了极限法的思想。 6．[1][2][3]由该实验的原理，应将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道一端，并与数据采集器相连。 [4]由图线坐标， 平均速度 7．(1)用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的发射器部分固定在小车上，接收器部分固定在轨道一端，并将它与数据采集器相连。实验中得到如图所示的图线，则AB段的平均速度大小为______m/s。 (2)“用DIS测定瞬时速度”的实验装置如图所示，图中的①是______（设备名称）。实验中让装有挡光片的小车每次从同一位置由静止开始下滑，实验中分别记录了四种挡光片的宽度及相应的挡光时间，数据见表格，为了尽可能准确得到挡光片开始挡光时小车的瞬时速度，应选择的测量数据是第______组数据，且小车的瞬时速度为______m/s（结果保留2位小数）。 组次 宽度/m 挡光时间/s 1 0.0800 0.23044 2 0.0600 0.17464 3 0.0400 0.11662 4 0.0200 0.05850 【答案】(1)0.50 (2) 光电门传感器 4 0.34 【详解】（1）由位移—时间图线可知，A点对应时间，位移；B点对应时间，位移 由平均速度定义有，代入数据得，所以AB段的平均速度大小为 （2）[1]依据实验装置图并结合题目文本可知，图中①为光电门传感器。 [2]挡光片通过光电门时，光电门测得挡光时间，由平均速度近似瞬时速度有 要尽可能准确得到挡光片开始挡光时小车的瞬时速度，应选择挡光片宽度最小、挡光时间最短的第4组数据。 [3]由第4组数据有，代入数据得，保留两位小数，所以小车的瞬时速度为 8．某同学利用DIS（数字化信息系统）探究匀变速直线运动的规律。实验装置如图甲所示，小车在水平轨道上由槽码牵引做匀加速直线运动，位移传感器（发射器）安装在小车上，接收器固定在轨道的末端，通过数据采集器连接到计算机，软件可记录小车的位移和时间，并生成速度—时间图像。 (1)实验时，小车应从______（填“靠近”或“远离”）接收器的位置释放，理由是_______________。 (2)实验得到小车的速度—时间图像如图乙所示，图像是一条直线，则小车的加速度大小______（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1) 靠近 可以使位移传感器采集到更多有效数据 (2)0.60 【详解】（1）[1][2]小车应从靠近接收器的位置释放，这样可以使位移传感器采集到更多有效数据，从而更准确地探究匀变速直线运动的规律。 （2）根据题图乙可得 题型3 用光电门研究匀变速运动 9．某同学用如图甲所示装置测量小车沿斜面做匀变速直线运动速度随时间变化规律， 实验步骤如下:将位移传感器固定在长板底端， 让小车从长板的P位置由静止开始下滑， 通过计算机可得到小车与位移传感器距离随时间变化的图像图乙中曲线②所示。 (1)若只增大长板倾斜角度，则小车与位移传感器距离随时间变化的图像可能是图乙中的_____（选填“①”或“③”）； (2)由图乙中②的、数据可知，小车运动0.9s至1.7s内的位移大小为_____m，运动1.3s时的速度大小为_____ 。（均保留两位有效数字） 【答案】(1)① (2) 0.26 0.33 【详解】（1）小车沿斜面由静止开始下滑，做初速度为零的匀加速直线运动，则小车与位移传感器距离为 其中是起点到传感器的距离，若只增大长板倾斜角度，则加速度增大，在相同时间内，小车下滑的位移更大，即下降的更快，图像更陡峭，即变为曲线①； （2）[1]从图乙中读取时， 时， 由于是到传感器的距离，小车向下运动，位移大小等于距离的减少量，有 [2]小车沿斜面向下做匀加速直线运动，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而1.3s为0.9s至1.7s的中间时刻，则有 10．图甲是一同学借助光电门研究滑块在倾斜木板上做匀变速直线运动的实验装置，光电门I固定，光电门II可沿木板移动。两光电门之间的距离为，在滑块上面安装宽度为的遮光条，将滑块从木板上的特定点无初速度释放，记录滑块通过两个光电门之间的时间。 (1)该同学用毫米刻度尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度__________cm。若要通过光电门传感器测量滑块通过光电门I的瞬时速度，则遮光条的宽度__________（填“更宽”或“更窄”）测量得更准确。 (2)该同学多次改变光电门II的位置，让滑块从同一位置无初速度释放，并测出多组和，以为纵坐标，以为横坐标，作出的关系图线如图丙所示，、为图线上的两点，其对应的坐标均为已知，滑块下滑的加速度大小为__________。（用题中所给的物理量符号表示） (3)进一步分析图丙，滑块通过光电门I的速度大小为__________。（用题中所给的物理量符号表示） 【答案】(1) 1.20 更窄 (2) (3) 【详解】（1）[1]由图乙可知，遮光条的宽度 [2]遮光条的宽度更窄时，挡光过程的平均速度越趋近于滑块通过光电门I的瞬时速度，测量得更准确； （2）设滑块经过光电门I时的速度为，设滑块的加速度为，滑块通过两个光电门的过程，根据运动学公式可得 整理可得 结合图丙可得 得滑块下滑的加速度大小为 （3）进一步分析图丙，可知，图像的纵截距为滑块通过光电门I的速度大小，则有 解得 11．某实验小组利用气垫导轨（摩擦力可忽略）和光电门探究匀变速直线运动的速度与位移关系。实验装置如图所示：滑块上安装了宽度为的遮光条，导轨上固定光电门，另一光电门可沿导轨移动。滑块在钩码牵引下从同一位置由静止释放。 实验时，记录遮光条通过光电门的时间和通过光电门的时间，并测量两光电门中心间的距离。通过多次移动，测得5组数据，并计算出滑块经过光电门时的速度平方，数据如下表所示。 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.103 0.143 0.183 0.223 0.263 (1)已知遮光条经过光电门时，数字计时器记录的时间为。请写出滑块经过点时瞬时速度的表达式__________________（用、表示），并计算出其数值__________________（结果保留两位有效数字）； (2)根据表中数据，作出图像。利用图像斜率，写出滑块运动加速度的表达式（用表示）__________________，并求出的具体数值__________________（结果保留两位有效数字）； (3)实验中，该同学直接用遮光条的平均速度来代替遮光条通过光电门时的瞬时速度。由于遮光条宽度不可忽略，这种近似处理会使测得的加速度与真实值相比________________________（偏大、偏小、等大）。 【答案】(1) 0.25 (2) 0.20 (3)偏大 【详解】（1）[1]遮光条通过光电门的时间极短，可用遮光条通过光电门的平均速度表示滑块经过的瞬时速度 [2]代入数据 （2）[1]滑块做匀加速直线运动，由 解得 所以以为纵轴、为横轴的图线是一条直线，图线的斜率，故 [2]由表中数据取和两点求斜率 所以 （3）设滑块做匀加速直线运动，加速度为真实值，当遮光条宽度为经过光电门时，测量速度等于遮光条通过光电门这段时间中间时刻的速度；真实速度，是遮光条中心（位移中点）经过光电门所在空间位置的瞬时速度，在匀加速运动中，时间中点的速度小于位移中点的速度，即 设遮光条经过光电门时的中间时刻速度为根据匀变速直线运动的速度公式，利用，则时间中点速度与位移中点速度的差值为 代入 解得 真实加速度由真实速度决定；测量加速度由测量速度决定 联立解得 因为，所以括号内的项是负数。 因此 两边同除以，则，因此测量值会偏大。 12．小明同学利用气垫导轨和光电门测滑块加速度。滑块上安装了宽度的遮光片，沿倾斜气垫导轨先后通过两个光电门，计时器记录了遮光片通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间。 (1)滑块通过光电门2时的速度大小________m/s。 (2)小明用刻度尺测出两个光电门距离为x，则滑块加速度的表达式是a=________（用已知量的符号表示）。 (3)瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是遮光条通过光电门1和2时的平均速度，要使和的测量值更接近真实值，可将遮光条的宽度适当________（填“增大”或“减小”）。 【答案】(1)0.3 (2) (3)减小 【详解】（1）遮光片宽度 滑块通过光电门2的速度 解得 （2）滑块通过第一个光电门的速度近似为 滑块在两个光电门间做匀加速直线运动，由 联立解得 （3）平均速度能近似代替瞬时速度的前提是“对应过程的时间极短”，遮光条宽度越小，遮光片通过光电门的时间就越短，该过程的平均速度就越接近遮光片通过光电门时刻的瞬时速度，因此要让测量值更接近真实值，可适当减小遮光条的宽度。 题型4 用频闪相机研究匀变速运动 13．“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图甲所示。 (1)用图甲中计时器完成实验，应该接入图乙电源的______（填“A”“B”或“C”）。 (2)实验过程中，下列做法正确的是______（多选） 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长木板滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (3)打点计时器所用电源的频率是50Hz，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了B、C、D、E、F等5个计数点（每相邻两个计数点间还有4个计时点未画出），把毫米刻度尺放在纸带上测量各点间的距离如图丙所示，经验证小车做匀加速直线运动，则打点计时器在打C点时，小车的速度大小为______m/s，小车的加速度大小为______。（结果均保留两位有效数字） (4)卸掉槽码，用手拉着细线让小车做加速运动，从纸带上清晰的点开始，每隔0.1s依次剪断纸带，将相邻的短纸条下端对齐后并排粘贴，以下边缘为横轴，以第1段纸条左边缘为纵轴，建立坐标系并标出数据，如图丁所示。可推测在运动的过程中，小车的加速度大小是______（填“变大”“变小”或“不变”）的。 (5)如图戊，改为使用光电门测量做匀加速直线运动小车的加速度、将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。 ①当小车做匀加速直线运动时，测得两挡光片先后经过同一光电门的挡光时间分别为和，则小车加速度______。 ②为减小实验误差，可采取的方法是______。（多选） A．增大两挡光片宽度b　　B．减小两挡光片宽度b C．增大两挡光片间距d　　D．减小两挡光片间距d 【答案】(1)C (2)BD (3) 0.16 0.45 (4)变大 (5) BC 【详解】（1）电火花计时器应接交流电源，图乙中口为交流输出，故选C。 （2）AB．应先接通电源，待计时器打点稳定后再释放小车，纸带才能从小车开始运动时就被记录，故A错误，B正确； CD．小车应从靠近打点计时器处释放并向滑轮运动，使纸带经过计时器连续记录运动过程，故C错误，D正确。 故选BD。 （3）[1]相邻计数点间有4个未画出的计时点，所以相邻计数点间对应5个打点周期，时间间隔为 瞬时速度 [2]图丙读得，，由逐差法得 （4）图丁横轴表示截取纸带短条对应的时刻，纵坐标表示每条短纸带的长度，也就是小车在该时间内的位移。图中读得相邻短纸带长度依次为，，，，，相邻位移的增量依次为，，，，逐渐增大。相等时间内平均速度的增加量随之增大，所以小车加速度大小变大。 （5）[1]设小车通过两挡光片中心时的速度大小分别为，。挡光片宽度很小、挡光时间很短，可将挡光片通过光电门的平均速度近似为小车通过光电门的瞬时速度， 图戊中两挡光片中心间距为，由匀变速直线运动速度与位移关系得 将两次遮光对应的速度代入，得 [2]AB．挡光片宽度越小，挡光片通过光电门的平均速度越接近小车的瞬时速度，实验误差越小，故A错误，B正确； CD．增大两挡光片间距 可增大两测量位置的速度差，减小相对测量误差，故C正确，D错误。 故选BC 14．如图是某个小球从右向左做匀变速运动的频闪照片，频闪相机每隔T=0.1 s拍照一次，下列说法一定正确的是（    ） A．这一过程中小球运动的速度越来越大 B．小球在A、E两点间运动的时间为0.5 s C． D．小球的加速度可以用计算 【答案】A 【详解】A．小球从右向左运动()，相同的时间内，小球运动的距离越来越大，速度越来越快，小球在、两点间做变速运动，故A正确； B．、两点间的间隔为4，运动的时间为，故B错误； C．只有当点的速度为零时，才满足 题目信息没有说明点的速度大小，所以不一定等于，故C错误； D．根据逐差法可得加速度表达式为，故D错误。 故选A。 15．如下图是用某监测系统每隔拍摄火箭匀加速阶段的一组照片。已知火箭的长度为，现在用刻度尺测量照片上火箭的长度为，结果如图所示。第一个内，火箭的真实位移为________，请你估算火箭的加速度大小________和火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小________。（结果均保留整数） 【答案】 【详解】[1]火箭真实长度40m，照片上对应长度为2cm，因此比例尺为，即照片上1cm对应真实长度20m。 刻度尺测量第一个火箭头部在2cm刻度处，第二个火箭头部在6cm刻度处，照片上第一个2s内的距离为 结合比例尺换算真实位移 [2]同理测量得第二个2s内，照片上距离为 对应真实位移 根据匀变速直线运动的推论 其中时间间隔， 解得火箭的加速度大小 [3]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，第2个像对应时刻是两个连续2s间隔的中间时刻，因此速度大小等于两段总位移的平均速度大小 16．某同学参观科技馆，观察到科技馆暗处放置一展品，展品顶部有一个每隔相同时间由静止向下滴水的装置，于是他想利用此装置来测定当地的重力加速度。该同学用频闪仪发出的闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率，当频率为10Hz时，每次闪光时上一个水滴刚好落到下一个水滴的位置，可观察到水滴似乎不再下落，用竖直放置的米尺测得各个水滴之间的距离。处理数据，得出结论。 (1)水滴滴落的时间间隔为___________s； (2)根据匀变速直线运动规律，图甲中 D、E 间的距离应为___________cm (3)该同学又根据图甲依次计算出B、C、D、E点到A点的距离x与所用时间t的比值，作出了的图像，如图乙所示，坐标系中已标出的坐标值为已知量，重力加速度为___________（用a、b表示）。 【答案】(1)0.1 (2)33.6 (3) 【详解】（1）闪光频率为，相邻两次闪光的时间间隔等于周期，所以 （2）相邻水滴在相邻两次闪光时的位置对应相等时间间隔；水滴做匀变速直线运动时，相邻相等时间内的位移差相等。因此，由图中数据可得 所以 （3）水滴从点由静止开始下落，取竖直向下为正方向。以点为起点，经过时间的位移为，由自由落体的位移公式得，两边同除以，得到关系式 因此，-图线的斜率为，图线经过原点和坐标为的点，斜率又为，比较两种斜率有 所以 17．物理源于生活，寻常器物亦可探微知著、揭示物理规律。某同学粗略测量当地重力加速度，他用支架将手机固定放置在砖墙正前方，打开手机连拍功能，然后将一重物从砖墙上某位置由静止释放，通过分析手机拍下的频闪照片可求得当地重力加速度。 (1)为减小实验误差，以下物体中最适合作为重物的是（     ） A．篮球（直径24.6 cm） B．乒乓球（直径40 mm） C．实心玻璃弹珠（直径约1.5 cm） (2)为了完成该实验，还需用到（     ） A．刻度尺 B．家用电子秤 C．手机秒表计时器 (3)如图为该同学拍得的频闪照片的一部分，每个频闪点相对于砖的位置相同，测得图中部分墙面高度，手机曝光时间间隔为，则当地重力加速度为__________（结果保留3位有效数字）。 【答案】(1)C (2)A (3)9.69 【详解】（1）重物下落时应尽量减小空气阻力的影响，应选择体积小、密度大的物体，篮球和乒乓球体积大、质量小，所受空气阻力影响大，故实心玻璃弹珠最合适。 故选C。 （2）实验中需用刻度尺测量砖的高度及照片上各频闪点之间的距离，重物的质量对该实验无影响，曝光时间间隔已知，不需要家用电子秤和手机秒表计时器。 故选A。 （3）重物做自由落体运动，由匀变速直线运动的推论可知，相邻相等时间内的位移差 由图可知，相邻两频闪点间位移的增量为一块砖的高度，而图中为三层砖的高度，故 则，即当地重力加速度约为。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题05 实验：探究小车速度随时间变化的规律 题型1 计算某点的瞬时速度 题型2 用DIS研究匀变速运动 题型3 用光电门研究匀变速运动 题型4 用频闪相机研究匀变速运动 基础·固本强基 题型1 计算某点的瞬时速度 1．某同学利用打点计时器所记录的纸带求某点瞬时速度的实验中，实验中获得的纸带如图所示（相邻计数点时间间隔0.06 s），图中O为计时起点，下列说法正确的是（　　） A．用D、G两点间的平均速度，可以粗略表示E点的瞬时速度 B．D、G两点间距离越小，实验测量误差就一定越小 C．纸带的右端与打点计时器相连 D．纸带一定是匀加速直线运动 2．“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验中得到的一条纸带如图乙所示。实验中打点计时器每隔打一个点，每5个连续打出的点取一个计数点，则图乙纸带中计数点2的读数为________，打下计数点3时纸带的速度为________（保留两位有效数字）。 3．打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)如图甲、乙是两种打点计时器的图片，其中___________（选填： A．甲或B．乙）是电火花计时器。 (2)打点计时器使用___________（选填： A．交流或B．直流）电源，打点的时间间隔为0.02s。 (3)电火花打点计时器工作时应接大约___________（选填“220V”“8V”）电压。 (4)一小车在重物牵引下拖着穿过打点计时器的纸带沿平直轨道加速运动。如图是打出的纸带的一段，相邻两个计数点之间还有2个点未画出。 ①图中AB两点的时间间隔T=___________ s ②在打下B点时小车的瞬时速度vB=___________ m/s（结果保留2位小数） ③小车和纸带运动过程，做___________运动（“加速”、“减速”、“匀速”） 4．光电门是物理实验中用来测量时间的一种常用设备，如图甲所示，S是光源，K是光接收器，当有不透明物体通过光电门时，物体会遮住光源，接收器K接收不到光信号，计时器便开始计时，当物体通过后，接收器K重新接收到光信号，计时结束，即可记录物体通过光电门所用的时间。如图乙所示，某同学用光电门测量小车沿斜面向下匀加速运动的速度大小，小车上安装有遮光板，A、B是安装在斜面上不同位置的两个光电门。 (1)关于本实验，下列说法正确的是（     ） A．遮光板宽度越大，测出的瞬时速度越准确 B．小车通过光电门的瞬时速度，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替 C．用光电门测小车的速度大小，所应用的物理方法是极限思维法 D．本实验由于数字计时器的精确度造成的误差属于偶然误差 (2)已知遮光板宽度，让小车从斜面顶端以一定的初速度开始沿斜面向下匀加速运动，两光电门计时器记录的时间分别为，，则小车通过A、B两位置的速度分别为________m/s，________m/s。（结果均保留2位有效数字） (3)若小车通过两光电门之间的时间差，则加速度大小为________。 题型2 用DIS研究匀变速运动 物理DIS实验设备，即数字化信息系统（Digital Information System）实验设备，是一种现代化的物理实验教学工具。它通过传感器，数据采集器加计算机软件的结合，使得物理实验的数据采集、处理和分析更加高效和精确。 5．“用DIS测定瞬时速度”的实验装置如图所示，图中的①是___________传感器。实验中应如图___________（选涂：A．a　B．b）安装挡光片，并让装有挡光片的小车每次从___________（选涂：A．随意位置　B．同一位置）由静止开始下滑，实验中分别记录了四种挡光片的宽度及相应的挡光时间，数据见表格，为了尽可能准确得到挡光片开始挡光时小车的瞬时速度，应选择的测量数据是第___________组数据。且小车的瞬时速度为___________。（结果保留2位小数）“瞬时速度”的测量体现了___________的思想方法。 组次 宽度 挡光时间 1 0.0800 0.23044 2 0.0600 0.17464 3 0.0400 011662 4 0.0200 0.05850 6．用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的___________部分固定在小车上，___________部分固定在轨道一端，并将它与___________（设备名称）相连。实验中得到如图所示的图线，则AB段的平均速度大小为___________m/s。 7．(1)用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的发射器部分固定在小车上，接收器部分固定在轨道一端，并将它与数据采集器相连。实验中得到如图所示的图线，则AB段的平均速度大小为______m/s。 (2)“用DIS测定瞬时速度”的实验装置如图所示，图中的①是______（设备名称）。实验中让装有挡光片的小车每次从同一位置由静止开始下滑，实验中分别记录了四种挡光片的宽度及相应的挡光时间，数据见表格，为了尽可能准确得到挡光片开始挡光时小车的瞬时速度，应选择的测量数据是第______组数据，且小车的瞬时速度为______m/s（结果保留2位小数）。 组次 宽度/m 挡光时间/s 1 0.0800 0.23044 2 0.0600 0.17464 3 0.0400 0.11662 4 0.0200 0.05850 8．某同学利用DIS（数字化信息系统）探究匀变速直线运动的规律。实验装置如图甲所示，小车在水平轨道上由槽码牵引做匀加速直线运动，位移传感器（发射器）安装在小车上，接收器固定在轨道的末端，通过数据采集器连接到计算机，软件可记录小车的位移和时间，并生成速度—时间图像。 (1)实验时，小车应从______（填“靠近”或“远离”）接收器的位置释放，理由是_______________。 (2)实验得到小车的速度—时间图像如图乙所示，图像是一条直线，则小车的加速度大小______（结果保留两位有效数字）。 题型3 用光电门研究匀变速运动 9．某同学用如图甲所示装置测量小车沿斜面做匀变速直线运动速度随时间变化规律， 实验步骤如下:将位移传感器固定在长板底端， 让小车从长板的P位置由静止开始下滑， 通过计算机可得到小车与位移传感器距离随时间变化的图像图乙中曲线②所示。 (1)若只增大长板倾斜角度，则小车与位移传感器距离随时间变化的图像可能是图乙中的_____（选填“①”或“③”）； (2)由图乙中②的、数据可知，小车运动0.9s至1.7s内的位移大小为_____m，运动1.3s时的速度大小为_____ 。（均保留两位有效数字） 10．图甲是一同学借助光电门研究滑块在倾斜木板上做匀变速直线运动的实验装置，光电门I固定，光电门II可沿木板移动。两光电门之间的距离为，在滑块上面安装宽度为的遮光条，将滑块从木板上的特定点无初速度释放，记录滑块通过两个光电门之间的时间。 (1)该同学用毫米刻度尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度__________cm。若要通过光电门传感器测量滑块通过光电门I的瞬时速度，则遮光条的宽度__________（填“更宽”或“更窄”）测量得更准确。 (2)该同学多次改变光电门II的位置，让滑块从同一位置无初速度释放，并测出多组和，以为纵坐标，以为横坐标，作出的关系图线如图丙所示，、为图线上的两点，其对应的坐标均为已知，滑块下滑的加速度大小为__________。（用题中所给的物理量符号表示） (3)进一步分析图丙，滑块通过光电门I的速度大小为__________。（用题中所给的物理量符号表示） 11．某实验小组利用气垫导轨（摩擦力可忽略）和光电门探究匀变速直线运动的速度与位移关系。实验装置如图所示：滑块上安装了宽度为的遮光条，导轨上固定光电门，另一光电门可沿导轨移动。滑块在钩码牵引下从同一位置由静止释放。 实验时，记录遮光条通过光电门的时间和通过光电门的时间，并测量两光电门中心间的距离。通过多次移动，测得5组数据，并计算出滑块经过光电门时的速度平方，数据如下表所示。 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.103 0.143 0.183 0.223 0.263 (1)已知遮光条经过光电门时，数字计时器记录的时间为。请写出滑块经过点时瞬时速度的表达式__________________（用、表示），并计算出其数值__________________（结果保留两位有效数字）； (2)根据表中数据，作出图像。利用图像斜率，写出滑块运动加速度的表达式（用表示）__________________，并求出的具体数值__________________（结果保留两位有效数字）； (3)实验中，该同学直接用遮光条的平均速度来代替遮光条通过光电门时的瞬时速度。由于遮光条宽度不可忽略，这种近似处理会使测得的加速度与真实值相比________________________（偏大、偏小、等大）。 12．小明同学利用气垫导轨和光电门测滑块加速度。滑块上安装了宽度的遮光片，沿倾斜气垫导轨先后通过两个光电门，计时器记录了遮光片通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间。 (1)滑块通过光电门2时的速度大小________m/s。 (2)小明用刻度尺测出两个光电门距离为x，则滑块加速度的表达式是a=________（用已知量的符号表示）。 (3)瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是遮光条通过光电门1和2时的平均速度，要使和的测量值更接近真实值，可将遮光条的宽度适当________（填“增大”或“减小”）。 题型4 用频闪相机研究匀变速运动 13．“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图甲所示。 (1)用图甲中计时器完成实验，应该接入图乙电源的______（填“A”“B”或“C”）。 (2)实验过程中，下列做法正确的是______（多选） 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长木板滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (3)打点计时器所用电源的频率是50Hz，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了B、C、D、E、F等5个计数点（每相邻两个计数点间还有4个计时点未画出），把毫米刻度尺放在纸带上测量各点间的距离如图丙所示，经验证小车做匀加速直线运动，则打点计时器在打C点时，小车的速度大小为______m/s，小车的加速度大小为______。（结果均保留两位有效数字） (4)卸掉槽码，用手拉着细线让小车做加速运动，从纸带上清晰的点开始，每隔0.1s依次剪断纸带，将相邻的短纸条下端对齐后并排粘贴，以下边缘为横轴，以第1段纸条左边缘为纵轴，建立坐标系并标出数据，如图丁所示。可推测在运动的过程中，小车的加速度大小是______（填“变大”“变小”或“不变”）的。 (5)如图戊，改为使用光电门测量做匀加速直线运动小车的加速度、将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。 ①当小车做匀加速直线运动时，测得两挡光片先后经过同一光电门的挡光时间分别为和，则小车加速度______。 ②为减小实验误差，可采取的方法是______。（多选） A．增大两挡光片宽度b　　B．减小两挡光片宽度b C．增大两挡光片间距d　　D．减小两挡光片间距d 14．如图是某个小球从右向左做匀变速运动的频闪照片，频闪相机每隔T=0.1 s拍照一次，下列说法一定正确的是（    ） A．这一过程中小球运动的速度越来越大 B．小球在A、E两点间运动的时间为0.5 s C． D．小球的加速度可以用计算 15．如下图是用某监测系统每隔拍摄火箭匀加速阶段的一组照片。已知火箭的长度为，现在用刻度尺测量照片上火箭的长度为，结果如图所示。第一个内，火箭的真实位移为________，请你估算火箭的加速度大小________和火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小________。（结果均保留整数） 16．某同学参观科技馆，观察到科技馆暗处放置一展品，展品顶部有一个每隔相同时间由静止向下滴水的装置，于是他想利用此装置来测定当地的重力加速度。该同学用频闪仪发出的闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率，当频率为10Hz时，每次闪光时上一个水滴刚好落到下一个水滴的位置，可观察到水滴似乎不再下落，用竖直放置的米尺测得各个水滴之间的距离。处理数据，得出结论。 (1)水滴滴落的时间间隔为___________s； (2)根据匀变速直线运动规律，图甲中 D、E 间的距离应为___________cm (3)该同学又根据图甲依次计算出B、C、D、E点到A点的距离x与所用时间t的比值，作出了的图像，如图乙所示，坐标系中已标出的坐标值为已知量，重力加速度为___________（用a、b表示）。 17．物理源于生活，寻常器物亦可探微知著、揭示物理规律。某同学粗略测量当地重力加速度，他用支架将手机固定放置在砖墙正前方，打开手机连拍功能，然后将一重物从砖墙上某位置由静止释放，通过分析手机拍下的频闪照片可求得当地重力加速度。 (1)为减小实验误差，以下物体中最适合作为重物的是（     ） A．篮球（直径24.6 cm） B．乒乓球（直径40 mm） C．实心玻璃弹珠（直径约1.5 cm） (2)为了完成该实验，还需用到（     ） A．刻度尺 B．家用电子秤 C．手机秒表计时器 (3)如图为该同学拍得的频闪照片的一部分，每个频闪点相对于砖的位置相同，测得图中部分墙面高度，手机曝光时间间隔为，则当地重力加速度为__________（结果保留3位有效数字）。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $