专项03 探究小车速度随时间的变化规律 (解析版)-2021届高考物理实验专项突破

2021 届高考物理实验专项精练--探究小车速度随时间的变化规律 1．（2021·全国高三专题练习）在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的 纸带如图所示，并在其上取 A、B、C、D、E、F、G7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点，图中 没有画出，打点计时器接周期为 T=0.02s 的交流电源。他经过测量并计算得到打点计时器在打 B、C、D、 E、F 各点时物体的瞬时速度如下表： 速度/（m·s-1） 0.122 0.164 0.205 0.250 0.289 对应点 B C D E F (1)计算 vF 的公式为 vF=___________（用已知量字母表示）； (2)根据表中记录的数据，以 A 点对应的时刻为 t=0，可作出 v－t 图像，并求物体的加速度 a=______m/s2 (3)如果当时电网中交变电流的频率是 f=51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值 相比___________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】 6 4 10 d d T  0.42 偏小 【详解】(1)[1]每相邻两个计数点间还有 4 个点，故相邻的计数点之间的时间间隔为 t=5T 利用匀变速直线运动的推论得 vF= 6 4 2 10 EGx d d t T  (2)[2]根据图线斜率可解得 a= v t   ≈0.42m/s2 (3)[3]如果在某次实验中，交流电的频率为 51Hz>50Hz，则实际打点周期变小，由Δx=at2 得，加速度的测量 值与实际值相比偏小 2．（2021·广东高三专题练习）光电计时器是物理学中常用的一种研究物体运动情况的计时仪器，其结构如 图甲所示。a、b 分别为光电门的激光发射和接收装置，当有物体从 a、b 间通过时，光电计时器就可以显 示出物体的挡光时间，这样就可以将物体通过光电门的平均速度视为其通过光电门的瞬时速度。如图乙所 示，气垫导轨上安装有 A、B 两个光电门，导轨上放有一滑块，滑块上装有宽度为 d 的遮光片。现使滑块 从某一位置开始以恒定的加速度滑动，并依次通过光电门 A、B，光电计时器记录的时间分别为 t1、t2，并 测得遮光片从光电门 A 运动到光电门 B 所用的时间Δt。 (1)在实验中，为了更准确地测得滑块通过光电门的速度，应选用较______(填“宽”或“窄”)的遮光片； (2)由题可知，遮光片通过光电门 A 时的速度表达式 v1=______，通过光电门 B 时的速度表达式 v2=______； (3)滑块在气垫上运动的加速度的表达式 a=______（用 v1、v2 及题干中记录的时间字母表示）。 【答案】窄 1 d t 2 d t 2 1-v v t 【详解】（1）[1]用极短时间内的平均速度表示瞬时速度，所以遮光片选择较窄的。 （2）[2]根据平均速度等于瞬时速度，则有通过光电门 A 时的速度表 1 1 dv t  [3]通过光电门 B 时的速度 2 2 dv t  （3）[4] 滑块的加速度，根据 2 1vv v t ta     3．（2021·全国高三专题练习）某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电 源的频率是50Hz ，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作 O，再依次选 6 个点作为计数点， 分别标以 A、B、C、D、E 和 F，如图甲所示. （1）如果测得 C、D 两点相距 2.70cm ，D、E 两点相距 2.90cm ，则在打 D 点时小车的速度是______ m / s . （2）该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在v t 坐标系中描好点，如图乙所示，请在图 乙中作出小车的 v t 图像______，并求出小车的加速度 a ______ 2m / s . 【答案】1.4 5 【详解】(1)[1]根据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： 0.027m 0.029m 1.4m / s2 0.04s CD DE D x xv T     . (2)[2]连接各点构成倾斜的直线得到 v t 图像，如图所示， [3] v t 图像的斜率表示小车的加速度，可得： 25m / sva t   . 4．（2021·全国高三专题练习）(1)利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一工件的直径和高度，测量结果如 图甲和乙所示．该工件的直径为_______cm，高度为________mm. (2)图丙为“研究匀变速直线运动规律”实验中获得的一条纸带，已知打点计时器的频率为 50Hz，采用逐差 法求得加速度的大小 a=________m/s2.(结果保留两位小数) 【答案】1.065 6.862(6.860~6.863) 2.40 【详解】（1）该工件的直径为:1cm+0.05mm×13=1.065cm，高度为：6.5mm+0.01mm×36.2=6.862mm. （2）每 5 个点取一个计数点，则 T=0.1s；根据∆x=aT2 可得 2 2 2 2 2 (9.60 4.10) (4.10 1.00) 10 m/s 2.40m/s0.1 xa T        5．（2021·广东梅州市·高三一模）某同学用如图所示的实验装置研究自由落体运动。 （1）实验的部分步骤如下： ①把纸带穿过打点计时器，下端连接重物； ②竖直提起纸带和重物，使重物靠近打点计时器，先___________，后___________，打点计时器在纸带上 打下一列点； ③更换纸带，重复①②的操作。 （2）他挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图所示。其中 O 点为起始点，A、B、C、D、E、F 为六个计数点。根据以上数据，计算打点到 D 点时重锤的速度应该选择___________（填“BF 段”，“CE 段”） 来计算，打 C 点时重锤的速度=___________m/s（计算结果保留 3 位有效数字） 【答案】接通电源 释放纸带（释放重物） CE 2.21 【详解】(1)②[1][2]如果先释放纸带后接通电源，有可能会出现小车已经拖动纸带运动一段距离，电源才 被接通，那么纸带上只有很小的一段能打上点，大部分纸带没有打上点，纸带的利用率太低；所以应当先 接通电源，后释放纸带。 (2)[3]根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可知计算打点到 D 点时重锤 的速度应该选择 CE 段，误差更小。 [4]匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出 C 点的速度大小为 2 2225.90 17.80 10 2.212 2 0 m/s m0 /s. 2 BD C xv T     6．（2021·辽宁朝阳市·高三一模）某同学用如下方法测量重力加速度 g． (1)用游标卡尺测量“工”字型挡光片的宽度 L1 和两挡光片之间的距离 L2； (2)自由释放“工”字型挡光片，用光电计时器测出光线被挡光片挡住的时间 t1、t2； (3)若 L1