2022年高中物理必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 同步练习

2.1实验探究小车速度随时间变化的关系1．打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，如图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，乙图是______打点计时器，所接电源为频率为50Hz的______电源时填直流或交流，每隔______s打一次点．在某次实验中，物体拖动纸带做匀加速直线运动，打点计时器所用的电源频率为50Hz，实验得到的一条纸带如图丙所示，纸带上每相邻的两个计数点之间都有4个点未画出按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，实验中用直尺量出各计数点到0点的距离如图所示单位：在计数点1所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度为______，物体的加速度______保留两位有效数字该同学在测量的时候没有将计数点5的数值记录下来，根据前面的数值可以推算出计数点5到0点的距离为______cm．【答案】电火花；交流；0.02；0.18；0.75；14.50【解析】点1的瞬时速度．因为，，，，可知连续相等时间内的位移之差，根据，得．，所以计数点5到0点的距离为．2． 用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处。A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在50Hz的低压________（填“交流”或“直流”）电源的两个接线柱上；B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过________（填“插孔”或“限位孔”），并压在________（填“白纸”或“复写纸”）下面；C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx；D．切断电源，取下纸带，如果共有6个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt=______；E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点；F．利用公式计算纸带运动的平均速度。实验步骤的合理顺序是_______________。【答案】交流；限位孔；复写纸；0.1s；BAEDCF；【解析】【点睛】要熟练正确的使用基本实验仪器，并能正确进行误差分析，对于基础实验要加强动手操作能力，知道两种打点计时器的区别，正确使用打点计时器．3．某同学做“用打点计时器测速度”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标记为O、A、B、C、D、E和F，每相邻两个计数点间还有四个点未画出，每相邻两计数点间时间间隔为T，打点计时器所用电源的频率是50Hz。测得各计数点间的距离分别为x1=2.05cm、x2=2.35cm、x3=2.46cm、x4=2.70cm、x5=2.90cm、x6=3.10cm。（1）打D点时纸带的速度表达式为vD=__________，速度值vD=_______m/s（保留三位有效数字）。（2）请根据以上数据在如图所示的坐标纸上作出小车运动的v–t图象__________。 （3）由v–t图象知小车在做____________运动。【答案】；0.280；匀加速直线【解析】正确描点连线作图如下： （3）在v-t图像中斜率表示加速度，从图像上可以看出加速度不变，所以小车做匀加速运动。4．(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器、电池组、纸带、复写纸、小车、钩码、细绳、一端附有定滑轮的长木板，其中不需要的器材是________，还需要增添的器材有________。(2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是________。A． 长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低B． 在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处C． 应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车D． 打点计时器应接在低压直流电源上E. 小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行【答案】电池组低压交流电源、刻度尺BCE【解析】【点睛】正确解答本题需要掌握打点计时器的使用以及简单构造等，明确《探究小车速度随时间变化的规律》实验中一些简单操作细节、实验的过程和步骤等．5．做变速运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，如图所示，每一段纸带的一端与x轴相重合，与y轴平行放置，将纸带贴在坐标系中。 （1）本实验中运动的小车，相邻相等时间内位移存在某种关系，请你仔细研究图像，找出这一关系；（2）请画出小车的v-t图象；（3）根据图象求出其加速度大小。【答案】⑴∆x=aT²=7.8mm⑵略⑶0.78m/s²【详解】（1）由图中所标纸带每段位移的大小，可知在相邻相等时间内的位移差分别是：8mm，7mm，8mm，8mm，8mm，取平均值可得△y=7.8mm．（2）由图中的x轴作为时间轴，以纸带的宽度表示相等的时间间隔T=0.1 s，每段纸带最上端中点对应v轴上的速度恰好表示每段时间的中间时刻的瞬时速度，即vn=yn/T；因此可以用纸带的长度表示每小段时间中间时刻的瞬时速度，将纸带上端中间各点连接起来，可得到v-t图象，如图所示．（3）根据△y=aT2得：小车加速度．【点睛】解决本题的关键掌握匀加速直线运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．以及掌握在相邻的相等时间内的位移之差是一恒量，△x=aT2． 6．用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)。A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t 图像_____________。（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_____________________。【答案】AC如图所示：小车的速度随时间均匀变化加速度越小越好有关如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。 其中C点的横坐标为3T，纵坐标为（3）结合图像可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图像的斜率代表了运动时的加速度点睛：本题考查了速度与与时间得关系，速度没有办法直接测量，所以要利用物理关系转化，转换成我们能够测量的量，然后在来验证速度与时间得关系。