2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 同步练习-高中物理人教版必修第一册

《实验：探究小车速度随时间变化的规律》培优练习1．一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量△ω与对应时间△t的比值定义为角加速度β(即β=ΔωΔt)。我们用电磁打点计时器、刻度尺、游标卡尺纸带(厚度不计)、复写纸来完成下述实验：(打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出)实验步骤如下①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；②接通电源打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动(即角加速度恒定)；③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量。请回答下列问题：(1)由图乙可知，圆盘的直径为___________cm，(2)由图内可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度大小为___________rad/s；(结果保留三位有效数字)(3)圆盘转动的角加速度大小为___________rad/s2。(结果保留三位有效数字)2．某同学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。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．实验步骤如下：①如图甲，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间△t；③用△x表示挡光片沿运动方向的长度（如图乙所示），表示滑块在挡光片遮住光线的△t时间内的平均速度大小，求出；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④ ⑥利用实验中得到的数据作出图象，如图丙所示完成下列填空：(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则a与vA、和△t的关系式为a=_________.3．如图甲所示是用光电门测定小车瞬时速度的情境，轨道上a、c间距离恰等于小车长度，b是ac的中点某同学采用不同的挡光片重复做同一实验，并对测量精确度加以比较。(1)如图乙所示，用螺旋测微器测量某挡光片的宽度，读数为___________mm(2)若挡光片安装在小车中点处，光电门安装在c点处，它测量的是小车前端P抵达________(填“a”、“b”或“c”)点时小车的瞬时速度(3)若每次小车从相同位置释放，更换不同宽度的挡光片重复实验，记录三次数据如表所示，那么测得瞬时速度较精确的值为______________m/s4．（1）打点计时器和数字计时器是高中物理研究物体运动中重要的实验仪器，下图中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的打点计时器，图丙为连接光电门的数字计时器。请回答下面的问题：①图甲是___________（填“电磁”或“电火花”）打点计时器，电源采用的是_________（填“交流4—6V”、“交流220V”、四节干电池）。②图丙中，若已知物体挡光宽度为d，物体经过光电门用时t,则可以近似认为物体通过光电门的瞬时速度的表达式为v=__________。（2）研究小车匀变速直线运动的实验装置如图所示其中斜面倾角θ可调，打点计时器每隔0.02s打一次点，纸带上计数点的间距如图所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。①部分实验步骤如下：A.测量完毕，关闭电源，取出纸带B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C.将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D.把打点计时器固定在平板上，让纸穿过限位孔，上述实验步骤的正确顺序是：______（用字母填写） ②图中标出的相邻两计数点的时间间隔T=_______________s；③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=_________________。（用字母表示）；5．某同学用如下装置研究小车在不同接触面上的运动情况.该同学将小车以适当的初速度释放后，用打点计时器记录小车的运动情况.通过反复实验得到一系列打上点的纸带，并最终选择了如图2所示的一条纸带（附有刻度尺）进行测量（保留小数点后两位）（1）请将A、B、C…J各点对应的刻度值，按照正确的读数方法填写在下表内______（单位cm).(2)根据以上数据，纸带上C点小车的速度大小vC=___m/s：(3)对应纸带E、J两点间，小车在做_____运动，它的加速度大小为_____m/s26．如图所示，为某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的加速度打出的一条纸带，打点计时器每隔T=0.02s打一个点，选定零点后，再每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：、、可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为________s；(2)打C点时物体的速度大小为________m/s(取2位有效数字)；(3)物体的加速度大小为___________________(用、、和T表示)。 详细解析1．6.00015.028.0【解析】(1)根据游标卡尺的读数原理，可得读数应为主尺上的和游标尺上的刻度相加由图乙可知游标尺的分度为0.05mm，主尺上为60cm，游标尺上的第0个刻度线和主尺对齐，所以读数为60cm＋0.05×0mm＝6.000cm，即可得该圆盘的直径d＝6.000cm；(2)由题意知，纸带上每两点的时间间隔T＝0.10s，打下计数点D时，纸带运动速度大小为：vD=xCE2T=14.64-5.64×10-22×0.1ms=0.45ms此时圆盘转动的角速度为ωD=vDr=0.453×10-2rads=150rads；(3)纸带运动的加速度大小为a=xDE-xBC+xCD-xAB4T2，设角加速度为β，则β=ΔωΔt=ΔvrΔt，代入数据解得：β=28.0rads2。点晴：20分度的游标卡尺精确度为005mm，读数时先读大于1mm的整数部分，再读不足1m的小数部分；根据平均速度等于中间时刻瞬时速度求出D点的瞬时速度，然后根据v=ωr求解角速度；用逐差法求解出加速度，再根据加速度等于角加速度与半径的乘积来计算角加速度。2．【解析】（1）根据平均速度有，根据匀加速直线运动有，联立可得；故本题答案是：3．（1）1.200（2）b(3)1.82【解析】(1)螺旋测微器固定刻度为1.000mm，可动刻度读数为，所以螺旋测微器的讯数为；(2)挡光片安装在小车中点处，光电门安装在c点，当挡光片到达光电门处时，小球前端P刚好抵达b点，故它测量的是小车前端P抵达b点时的瞬时速度；(3)光电门测速的原理，是用挡光片的宽度除以挡光片通过光电门的时间，即挡光片通过光电门的平均速度近似的表示小车运动的瞬时速度，所以挡光片宽度越小，通过光电门的时间越短，平均速度越接近瞬时速度，从数据可知那么测得瞬时速度较精确的值的是第3次实验，故较为精确的瞬时速度为1．82m/s。4．电磁交流4—6VDCBA0.1s【解析】（1）①图甲是电磁打点计时器，电源采用的是交流4—6V。 ②图丙中，因遮光片通过光电门的时间很短，则遮光片通过光电门的瞬时速度近似等于平均速度，则若已知物体挡光宽度为d，物体经过光电门用时t,则可以近似认为物体通过光电门的瞬时速度的表达式为。（2）①实验步骤的正确顺序是：DCBA.②图中标出的相邻两计数点的时间间隔T=5×0.02s=0.1s；③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为.点睛：该题首先要知道打点计时器的工作原理及使用方法和步骤，搞清计数点之间的时间间隔，利用一段时间内的平均速度求中间时刻的瞬时速度．5．6.000.90匀减速直线5.00【解析】(1)毫米刻度尺最小刻度为1mm，需要估读到0.1mm，故读数为6.00cm.(2)由匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得(3)根据匀变速直线运动的判别式可知小车做匀减速直线运动，加速度由，代入数据可得.【点睛】从刻度尺上直接读出距离，根据相邻计数点的距离判断小车的运动，根据匀变速直线运动的推论求解加速度．6．0.12.5【解析】（1）电源的频率为50Hz，知每隔0.02s打一个点，每隔4个点取1个计数点，可知相邻两计数点的时间间隔为0.1s．（2）C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则；（3）匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以均匀增大，有，，，所以.