高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究小车速度随时间变化的规律课时练习

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究小车速度随时间变化的规律课时练习，共7页。试卷主要包含了实验原理，实验器材，实验步骤，数据记录，数据分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
考点一、实验原理
1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度．
2．用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的．
考点二、实验器材
打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸．
考点三、实验步骤
1．如图1所示，把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面．铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳．
图1
2．把小车停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置．先启动打点计时器，后放开小车(填“启动打点计时器”或“放开小车”)，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点．随后，立即关闭电源．
3．换上新纸带，并增减所挂槽码(或在小车上放置重物)，重新操作两次．
考点四、数据记录
1．采集数据
舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点．可选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量．
如图2所示，先测量出各个计数点到计时起点的距离：x1、x2、x3、x4、x5…，再计算出相邻的两个计数点间的距离：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己设计的表中．
2．求各计数点的瞬时速度
(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝eq \f(Δx1＋Δx2,2T)，v2＝eq \f(Δx2＋Δx3,2T)，…
T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s.
(2)设计表格并记录相关数据
五、数据分析
1．在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．
2.画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图3所示．
图3
3．观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．
4．根据所画v－t图像求出小车运动的加速度a＝eq \f(Δv,Δt).
六、注意事项
1．开始放开小车时，应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器．
2．先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车(填“启动打点计时器”或“放开小车”)．
3．打点完毕，立即关闭电源．
4．选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．
5．不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)．
6．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸．
二：考点题型归纳
题型一：实验原理与操作
1．(2022·全国·高一)在“研究匀变速直线运动”实验中，某实验小组实施了以下实验步骤，其中有错误的步骤是( )
A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路
B．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面
C．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复两次
D．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位.在选好的起始点下面记作0，第六个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离，根据公式求出a
2．(2021·内蒙古·阿拉善左旗高级中学高一期中)某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。
(1)常见的打点计时器有两种：_______和_________，它们使用的都是_____电源(填“直流”或“交流”)，当电源频率为50Hz时，每隔______s打一个点。
(2)关于本实验，下列说法正确的是_______。
A．释放纸带的同时，接通电源
B．先接通电源打点，后释放纸带运动
C．先释放纸带运动，后接通电源打点
D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越大
(3)要测量小车的速度。除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是________。
3．(2019·山东·高一期中)如图所示为某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中，由打点计时器得到反映小车运动过程的一条清晰纸带，图中所标的点为计数点，每两个计数点间还有4个点(图中未画出)，测得OA＝7.05 cm、AB＝7.68 cm、BC＝8.33 cm、CD＝8.95 cm，所用交流电频率为50 Hz，则
(1)关于打点计时器的时间间隔，下列说法正确的是__________
A．电源电压越高，每打两个点的时间间隔就越短
B．纸带速度越大，每打两个点的时间间隔就越短
C．打点计时器连续打两个点的时间间隔由电源的频率决定
D．如果交流电源改为直流电源，打点计时器连续打两个点的时间间隔保持不变
(2)打点计时器打A点时小车的速度是____ m/s，小车运动的加速度大小是_____m/s2．(以上计算结果保留两位有效数字)
(3)如果当时使用交变电流的频率比正常值偏高，而做实验的同学并不知道，由此引起的误差将使加速度的测量值比实际值偏________．(选填“大”或“小”)
题型二：实验数据处理(
4．(2021·河北·衡水市第十四中学高一阶段练习)(1)如图所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，下列说法正确的是_____。
A．先释放小车，再接通电源 B．先接通电源，再释放小车
C．打点计时器应使用交流电 D．打点结束，应先取下纸带，然后再关闭电源
(2)如图为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的一条纸带，从中确定五个计数点，量得。每相邻两个计数点间的时间间隔是。则打C点时小车的速度_______，小车的加速度_______。(结果均保留两位有效数字)
5．(2021·甘肃·天水市田家炳中学高一阶段练习)在《研究匀变速直线运动》的实验中。
(1)所用实验器材有：电火花打点计时器、纸带、小车、带滑轮的长木板、砝码、刻度尺、导线、电源等，其中电源必须是______；
A．220V的蓄电池B．4~6V的低压交流电C．4~6V的干电池D．220V交流电
(2)如图所示为某次记录小车运动情况的纸带，在纸带上选取图中A、B、C、D、E五个计数点，已知相邻的计数点间还有4个点未画出，打点计时器连接的电源频率为50Hz，根据纸带上所给出的数据，可计算出在打B点时小车的速度大小______m/s，小车运动的加速度大小_____m/s2；(本小题两空计算结果均保留两位有效数字)
(3)打点时小车与纸带______(填左或右)端连接；
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，频率不变，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______。(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
6．(2020·河北省唐县第一中学高一阶段练习)某实验小组用如图所示装置做“研究匀变速直线运动”实验。打点计时器所接交流电的频率为50Hz。
(1)使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序，应该是________
A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带的同时接通电源 D．哪个先，哪个后都可以
(2)调节好实验装置，进行正确操作，打出的纸带如图所示，在纸带上取计数点，相邻两个计数点间还有四个计时点未画出，由图中的数据可知，打点计时器打下点时小车运动的速度大小是_______m/s，小车运动的加速度大小是_______m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)
(3)如果交流电的频率实际只有49Hz，则测得的小车的加速度比实际值_______(填“大”或“小”)。
题型三：实验的综合处理
7．(2022·重庆·巫山县官渡中学高一期末)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．
(1)实验中必要的措施是______．
A．细线必须与长木板平行 B．先接通电源再释放小车
C．小车的质量远大于钩码的质量 D．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 HZ的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s1=3.59 cm，s2=4.41 cm，s3=5.19 cm，s4=5.97 cm，s5=6.78 cm，s6=7.64 cm．则小车的加速度a=______m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB=______m/s．(结果均保留两位有效数字)
8．(2022·全国·高一)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图6甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220 V、50 Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：
(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________；
(2)根据(1)中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像。( )
(3)利用该图像求得小车的加速度a＝________m/s2；(结果保留2位有效数字)
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，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”)。
9．(2021·安徽·定远县私立启明民族中学高一阶段练习)某同学用如图1所示装置研究小车运动的速度随时间变化的规律。
(1)电火花打点计时器所接的电源应为___________V的___________(填“交流”或“直流”)电源。
(2)下列实验操作中正确的是___________。
A．调节定滑轮的高度使细线与长木板平行
B．释放小车前，应让小车靠近打点计时器
C．接通电源的同时，释放小车
D．用刻度尺测量纸带上两点间距离时，应移动刻度尺分别测量每段长度
(3)实验打出的纸带如图2所示，图上各点为计数点，相邻两计数点间还有四个计时点未标出，打点计时器所接电源的频率为，根据打出的纸带算出小车运动的加速度_____(结果保留2位小数)。
(4)该同学想用图像法处理数据求出A、B、C、D、E各点对应小车的速度，其中打B点时小车的速度_______，将求出的各点的速度在坐标系中描点作图，作出的图像如图3所示，由图3可得小车的加速度________，图像与纵轴的交点表示________。(结果保留2位小数)
三：课堂过关精练
一、单选题
10．(2021·四川·射洪中学高一阶段练习)某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况.图示为该同 学实验时打出的一条纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔是0.1s.打点计 时器打B点时小车的速度()
A．1.45m/sB．0.145m/sC．14.5m/sD．145m/s
11．(2021·广东·中山中学高一期末)如图所示，“探究匀变速直线运动速度随时间的变化规律”实验中打出的一条纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，则打C点时物体运动速度的大小为( )
A．B．C．D．
12．(2021·福建师大二附中高一阶段练习)用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度。已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4.0mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s则滑块经过光电门位置时的速度大小为( )
A． B． C．D．
13．(2022·全国·高一课时练习)小华同学在做“用打点计时器测速度”的实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知打点计时器使用的电源频率为50 Hz，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离已在图中标出。
(1)为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交变电源、槽码、长木板外，还需要的仪器有___________；
A．刻度尺 B．铁架台 C．停表 D．天平
(2)图中两相邻计数点间的时间间隔为T=___________s；
(3)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、4、6这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点5时小车的速度v5=___________m/s。
14．(2021·北京市第五十中学高一期中)实验课上：同学们利用打点计时器等器材，研究小车做匀变速直线运动的规律。主要实验步骤有：
A．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打一系列的点。
B．把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，使小车能在长木板平稳地加速滑行。把纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车的后面。
C．把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端。
D．更换新纸带，重复实验三次，选择一条最理想的纸带进行分析。
(1)对上述实验步骤进行合理排序_______(写步骤前的字母)。
(2)其中一个小组的同学从所打的几条纸带中选取了一条点迹清晰的纸带。如图所示，图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。由图中的数据可知，打点计时器打下C点时小车运动的速度是_______m/s，小车运动的加速度是_______m/s2。
位置编号
0
1
2
3
4
5
6
…
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
v1/(m·s－1)
v2/(m·s－1)
v3/(m·s－1)
…
对应点
B
C
D
E
F
速度(m/s)
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301