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

第一节 实验：探究小车速度随时间变化的规律一、选择题1．(实验注意事项)用如图所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，下列做法正确的是(  )A．小车从靠近定滑轮处释放B．先启动打点计时器，再释放小车C．实验前要平衡小车受到的阻力D．电火花计时器接学生电源直流输出端答案 B解析 在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，远离定滑轮处，以便在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，A错误；实验中为了在纸带上打出更多的点，也为了打点的稳定，应先启动打点计时器，然后释放小车，B正确；该实验不需要平衡小车受到的阻力，C错误；电火花计时器接220V交流电源，D错误。2．(误差分析)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下述测量相邻两计数点间距离的方法正确的是(  )A．当某相邻两个计数点间的距离较大时，可以用短尺把它分段来测量B．当相邻两个计数点间的距离都较小时，才可以用短尺一次测完C．测量每两个相邻计数点间的距离，应该用带着毫米刻度的长尺的零刻度对准起点，读出各计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得到每两个相邻计数点间距离的数值D．分别逐个测出每两个相邻计数点间的距离，这样便于记录答案 C解析 不论两个计数点间的距离大还是小，采用C项所述方法可减小误差，选项C正确。3．(数据处理)(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作v－t图象的说法中，正确的是(  )A．只要确定了v－t图象中的两点，就可以得到小车运动的v－t图象，因此，实验只需要测出两组数据B．作v－t图象时，所取的点越多，图线就越准确 C．作出的v－t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以D．对于偏离直线较远的点，误差太大，应舍去答案 BD解析 作图时应使尽量多的点在直线上，偏离太大的点应舍去，故B、D正确。4．(误差分析)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式中误差最小的是(  )A.B.C.D.答案 B解析 瞬时速度可用该点附近的一段时间内的平均速度来近似：vn＝，而且所选时间段不宜过长，B正确。5．(数据处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法不正确的是(  )A．纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点B．使用刻度尺测量长度时，要进行估读C．作v－t图象时，所描曲线必须经过每一个点D．在数据处理时，常用公式法和图象法答案 C解析 可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点，但相隔四个点时计数点间的时间间隔为0.1s，计算时更方便，A项正确；使用刻度尺测长度时，要进行估读，B项正确；作v－t图象时，应使尽量多的点在同一条直线上，离线较远的点大胆舍弃，C项错误；数据处理可选择公式法和图象法中的某一方法，D项正确。 6．(数据处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用纸带上的数据和教材第一章测瞬时速度的方法得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，以时间t为横轴建立直角坐标系。某次实验中某同学描出的点如图所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。下列思考有道理的是(  )①这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v－t图象不可能为一条直线，而应为一条光滑的曲线②这10个点中有6个点虽然不在一条直线上，但它们紧挨在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线太远③在10个点当中只有4个点能画在一条直线上(A、D、G、I)，有六个点不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车运动的规律④与直线偏差较小的点(C、E、H、J)可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点(B、F)则可能是实验中出现错误造成的A．①③B．②④C．①②D．③④答案 B解析 由于实验误差或错误的存在，这10个点中有6个点不在一条直线上，但紧挨在一条直线附近，只有F和B两个点离这条直线较远，这条直线通过较多的点，不在直线上的点两侧分布均匀，此条直线可表示小车运动的规律，故①错误，②正确，③错误；直线通过较多的点，与直线偏差较小的点(C、E、H、J)可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点(B、F)则可能是实验中出现错误造成的，故④正确。所以B正确，A、C、D错误。7．(实验计算)(多选)为了研究小车的运动，某同学用小车拖着纸带通过打点计时器打下了一系列的点，测得小车前0.1s前进了5cm,0.3s到0.35s前进了0.92cm，前进总长度为10cm，共用了0.4s。则下列说法正确的是(  )A．小车在10cm全过程的平均速度是0.25m/sB．小车在前0.35s内的平均速度是0.17m/sC．小车在0.1s末的瞬时速度约为0.5m/sD．无法知道小车在0.3s末的瞬时速度 答案 AD解析 小车在10cm全过程的平均速度是＝m/s＝0.25m/s，选项A正确；因前0.35s内的位移不知道，故无法求其平均速度，选项B错误；0.1s末和0.3s末的瞬时速度都是不可求的，选项C错误，D正确。8．(实验结论)(多选)如图甲、乙所示为同一打点计时器打出的两条纸带，由纸带可知(  )A．在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的大B．在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的小C．纸带甲的加速度比乙的大D．纸带甲的加速度比乙的小答案 BD解析 由题图纸带可以看出，打下计数点“0”至“5”的过程中，甲的位移比乙的小，而经历的时间相等，则甲的平均速度小于乙的平均速度，故A错误，B正确。纸带甲点迹均匀，则其加速度为零，而纸带乙的速度减小，加速度不为零，故C错误，D正确。9．(实验创新)(多选)一小球在水平桌面上做匀减速直线运动，用频闪照相机对着小球每隔s拍照一次，得到一幅频闪照片，用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示，已知照片与实物的比例为1∶10，则(  )A．图中对应的小球在通过8cm距离内的平均速度是2m/sB．图中对应的小球在通过8cm距离内的平均速度是1.6m/sC．图中对应的小球通过6cm处的瞬时速度是2.5m/sD．图中对应的小球通过6cm处的瞬时速度是2m/s答案 AD解析 小球在通过8cm距离内的平均速度＝＝cm/s＝200cm/s＝2m/s，A正确，B错误。可以认为小球通过6cm处的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度，v＝＝ ＝200cm/s＝2m/s，C错误，D正确。二、非选择题(按照题目要求作答，计算题须写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题注明单位)10．(实验步骤)在研究匀变速直线运动的实验中，某同学操作以下实验步骤：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码D．取下纸带E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔(1)所列步骤中有错误的是：________________________________________________________________________。(2)遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号F、G、H……)：________________________________________________________________________。(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序：________________________________________________________________________。答案 (1)A中应先接通电源，再释放纸带；D中取下纸带前应先断开电源(2)F：换上新纸带，重复实验三次(3)BECADF解析 (1)步骤A中应先通电，再放纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源。(2)遗漏的步骤F：换上新纸带，重复实验三次。(3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为：BECADF。11．(数据处理)如图甲是某同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时获得的一条纸带。(1)打点计时器电源的频率为50Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出。试根据图中提供的数据，推算出对应F点的速度vF＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)。 (2)图乙是该同学根据纸带上的数据，作出的v－t图象。根据图象，t＝0时的速度v0＝________m/s，加速度a＝________m/s2。(计算结果保留两位有效数字)答案 (1)0.70 (2)0.20 5.0解析 (1)vF＝，其中T＝0.02s，xEG＝6.50cm－3.70cm＝2.80cm＝2.80×10－2m，代入数据可解得vF＝0.70m/s。(2)v－t图象与纵轴的交点为t＝0时的速度v0＝0.20m/s，加速度a＝＝m/s2＝5.0m/s2。12．(数据处理及结论)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm。(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝________m/s。CE间的平均速度为________m/s；(2)以打A点时为计时起点，建立v－t坐标系如下图所示。请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线；(3)根据图线可得小车运动的加速度为________m/s2。答案 (1)0.25 0.45 (2)图见解析 (3)1解析 (1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.1s 所以vB＝＝m/s＝0.25m/sCE＝＝m/s＝0.45m/s。(2)v－t图象如图所示。(3)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度，即a＝m/s2＝1m/s2。13．(数据处理)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，按如图所示，每一段纸带的一端与x轴相重合。左边与y轴平行，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，请你仔细研究图象，找出这一关系；(2)设Δt＝0.1s，请画出小车的v－t图象；(3)根据图象求出其加速度。答案 (1)在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的。(2)如解析图所示(3)0.775m/s2解析 (1)横坐标中的1、2、3、4、5、6分别表示连续相等时间T＝0.1s内的6段纸带，而纵坐标表示这6段纸带的位移大小，分别设为x1、x2……x6。仔细观察可得：x2－x1＝8mm，x3－x2＝7mm，x4－x3＝8mm，x5－x4＝8mm，x6－x5＝8mm。可见在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的。 (2)设想将这6段纸带连接起来，并将每段纸带的上端作为计数点的位置，分别叫A、B、C、D、E、F，则：A点的速度vA＝mm/s＝265mm/s＝0.265m/s。同理可求得vB＝0.340m/s，vC＝0.415m/s，vD＝0.495m/s，vE＝0.575m/s。在v－t图中描出B、C、D、E各点，拟合得到直线，如图所示。(3)由图可知，其加速度等于直线的斜率a＝，在图线上找两点(0.1,0.265)，(0.5,0.575)代入得到加速度为a＝m/s2＝0.775m/s2。