必修一实验专项训练 -2027届高考物理一轮复习

必修一实验专项训练

实验一:探究小车速度随时间变化的规律

实验二:探究弹簧弹力与形变量的关系

实验三:探究两个互成角度的力的合成规律

实验四:探究加速度与力、质量的关系

实验一:探究小车速度随时间变化的规律

考点一　教材原型实验

【典例1】用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中,某同学打出了如图所示的一条纸带。

(1)电火花计时器接的是    V的    (选填“直流”或“交流”)电源;计时器打点的时间间隔为0.02 s,每隔4个点取1个计数点,依次得到了O、A、B、C、D等几个计数点,如图所示。

(2)小车由静止开始运动,则纸带的     (选填“左”或“右”)端与小车相连。

(3)用刻度尺量得OA=1.20 cm,OB=2.80 cm,OC=5.80 cm,OD=7.20 cm,打B点时纸带的速度大小为      m/s,纸带运动的加速度大小为          m/s2。

(4)如果当时电网中交变电流的频率变大,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值比实际值         (选填“偏大”或“偏小”)。

(5)(多选)关于打点计时器的使用,下列说法正确的是    。

A.电磁打点计时器使用的是6 V以下的直流电源

B.在测量物体速度时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动

C.使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越小

D.电源的电压越高,打点的时间间隔就越小

【解析】　(1)电火花计时器应用电压为220 V的交流电源。

(2)小车从静止开始,即做加速运动,相邻计数点间距变大,可知小车与纸带的左端相连。

(3)打B点时纸带的速度vB=×10-2 m/s=0.23 m/s,由逐差法得加速度大小为a=×10-2 m/s2=0.40 m/s2。

(4)如果在某次实验中,交变电流的频率变大,那么实际打点周期变小,根据Δx=aT2知,真实的加速度值就会偏大,所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小的。

(5)电磁打点计时器使用的是约8 V的交流电源,故A错误;为了充分利用纸带,在测量物体速度时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动,故B正确;由T=可知,使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越小,故C正确;打点的时间间隔与电压无关,故D错误。

（变式训练）利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律,实验装置如图1所示。

(1)按照图1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

(2)实验中打出的一条纸带如图2所示,A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画出),可以判断纸带的     (选填“左端”或“右端”)与小车相连。

(3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T,则打B点时小车的速度v= 。

(4)某同学用打点计时器来研究圆周运动。如图3所示,将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点,另一端穿过打点计时器。实验时圆盘从静止开始转动,选取部分纸带如图4所示。相邻计数点间的时间间隔为0.10 s,圆盘半径R=0.10 m。则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为      m/s2;打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为      m/s2。(结果均保留两位有效数字)

解析:(1)实验时首先调整滑轮位置使细线与木板平行,确保力的方向正确;接着接通打点计时器电源,让计时器先工作;最后释放小车,故顺序为CBA。

(2)小车做匀加速直线运动时,速度越来越大,纸带上点间距逐渐增大。题图2中纸带左端间距小,右端间距大,说明纸带左端与小车相连。

(3)根据匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B点为A、C的中间时刻,AC间位移为x2,时间间隔为2T;则v=。

(4)根据逐差法可知a= m/s2=0.81 m/s2;B点是AC的中间时刻点,则有vB= m/s=0.4 m/s,此时向心加速度an= m/s2=1.6 m/s2。

考点二　拓展创新实验

【典例2】某实验小组用如图甲所示的装置“研究匀变速直线运动的规律”,实验步骤如下:

①在斜面上靠近底端的适当位置A处安装光电门,连接数字毫秒计,并确保小球在斜面上运动时球心可以通过光电门发射孔与接收孔的连线;

②用游标卡尺测量小球的直径d;

③将小球从斜面上适当位置B处,由静止开始释放,从数字毫秒计中读出小球通过光电门的挡光时间Δt;

④通过固定在斜面上的刻度尺测出A、B之间的距离l;

⑤改变小球释放位置B,重复步骤③④,完成多次测量并记录数据。

(1)用游标卡尺测量小球的直径d时,游标卡尺的读数如图乙所示,则d=     mm;某次实验中,测得Δt=11.60 ms,则小球通过光电门的瞬时速度v=    m/s(结果保留两位有效数字)。

(2)若采用如图丙所示的图像法求小球的加速度,可以选用    。

A.l-Δt图像 B.l-图像

C.l-图像 D.l-Δt2图像

(3)根据上述图像得到直线的斜率为k,则小球的加速度为     (用题中出现的字母表示)。

【解析】　(1)游标卡尺读数为d=5 mm+0.05×0 mm=5.00 mm,小球通过光电门的瞬时速度v= m/s≈0.43 m/s。

(2)小球由B处运动到A处的过程中做匀加速运动,由运动学公式得v2=2al,即=2al,解得l=,l∝,故选C。

(3)根据l=可知,斜率k=,故小球的加速度a=。

（变式训练）某同学用如图甲所示的装置研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系,斜面上安装有两个光电门,其中光电门B固定在斜面上靠近底端处,光电门A的位置可移动,带有遮光条的小车(遮光条宽度很窄)每次从同一位置由静止释放,小车所受摩擦力为一常量,由光电传感器测出小车从光电门A到光电门B的时间t,用米尺测出两光电门中心间的距离L,求出小车从光电门A到光电门B的平均速度;通过多次改变光电门A的位置,得到多组数据,绘制的-t图像如图乙所示。