高考物理一轮复习讲义微练4　实验1探究小车速度随时间变化的规律

这是一份高考物理一轮复习讲义微练4　实验1探究小车速度随时间变化的规律，共5页。试卷主要包含了504 m/s，86-2，60 mm，64 m/s2等内容，欢迎下载使用。

(1)实验操作前 不需要 (填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。
(2)规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图乙所示，则纸带上打计数点2时小车速度的大小v2= 0.504 m/s(保留3位有效数字)。
(3)小车运动的加速度大小a= 1.50 m/s2(保留3位有效数字)。
解析 (1)该实验只需让小车加速运动即可，即实验操作前，不需要平衡摩擦力。
(2)每5个点取一个计数点，则T=0.1 s； 纸带上打计数点2时的小车速度大小
v2=x132T=(12.86-2.78)×10-22×0.1 m/s=0.504 m/s。
(3)小车运动的加速度大小
a=x36-x039T2=0.392 2-0.128 6-0.128 69×0.12 m/s2=1.50 m/s2。
2.某小组利用如图甲所示装置测量小车做匀变速直线运动加速度的大小。请回答下列问题:
(1)下列说法正确的是 A (填选项字母)。
A.细绳与长木板平行
B.先释放小车后接通电源
C.电火花计时器应使用8 V交流电源
D.实验开始时小车应离计时器远些
(2)小组选取了如图乙所示的一条纸带，O、A、B、C、D、E为选取的计数点，每两个相邻计数点间还有4个点没有画出，各计数点到O点的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5。已知交流电源的频率为f，则D点对应的瞬时速度大小为 (s5-s3)f10 (用已知字母表示)。
(3)小组根据各计数点的速度v与各计数点到O点的距离s作出v2-s图像如图丙所示，则打下O点时小车速度的大小为 0.50 m/s，小车加速度大小为 0.63 m/s2。(均保留2位有效数字)
解析 (1)细绳与木板平行是为了保证小车在整个运动过程中加速度基本不变，如果细绳不与木板平行，则在小车运动过程中绳子与水平面的夹角会发生变化，从而使小车运动方向上的合力发生变化，根据牛顿第二定律可知，加速度就会发生变化，因此细绳与长木板要平行，A项正确；为了节约纸带，获取更多的数据点，实验过程中应先接通电源再释放小车，B项错误；电火花计时器使用220 V交流电源，C项错误；由于木板长度有限，为了获取更多的数据点，实验开始时小车应靠近计时器释放，D项错误。
(2)对于匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度就等于该段时间中间时刻的瞬时速度，因此可得D点的瞬时速度为vD=s5-s3t，根据题意可得t=10f，解得vD=(s5-s3)f10。
(3)以各计数点的速度v与各计数点到O点的距离s作出v2-s图像，则可知O点速度平方所对应的距离为0，通过图像可得vO2=0.25 m2·s-2，解得vO=0.50 m/s。根据匀变速直线运动速度—位移的关系式有v2=2as，该图像的斜率为2a，则有2a=1.5-0.251.0 m/s2=1.25 m/s2，可得a≈0.63 m/s2。
3.用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
甲 乙
(1)实验的主要步骤。
①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，读得d= 6.60 mm。
②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x。
③滑块从A点静止释放(已知槽码落地前挡光片已通过光电门)。
④读出挡光片通过光电门所用的时间t。
⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点静止释放，测量相应的x值并读出t值。
(2)根据实验测得的数据，以x为横坐标，1t2为纵坐标，在坐标纸中作出1t2-x图线如图丙所示，求得该图线的斜率k= 2.38×104 m-1·s-2；由此进一步求得滑块的加速度a= 0.518 m·s-2。(均保留3位有效数字)
解析 (1)根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度d=6 mm+12×0.05 mm=6.60 mm。
(2)该图线的斜率k=2.0-×104 m-1·s-2≈2.38×104 m-1·s-2；滑块通过光电门时的速度v=dt，由v2=2ax可得1t2=2ad2x，则有k=2ad2，代入数据解得滑块的加速度a≈0.518 m·s-2。
4.经过几代航天人的不懈奋斗，我国对深空探测的脚步越来越快，祝融号火星车的成功着陆预示着人类在不久的将来有望登陆火星。于是小李同学大胆设想用如图甲所示装置测火星表面的重力加速度，进而间接测量火星的质量。光电门固定在铁架台上，光电门通过光电传感器与AI连接，整个装置固定在火星表面。通过轻绳相连的a、b两个完全相同的小球距离铁架台底座足够高，a球通过电磁铁(图中没有画出)固定在光电门正上方，连接两球的轻绳长度为L。已知火星的半径为R，绳长远大于球直径，引力常量为G。
(1)实验前用螺旋测微器测量小球直径，如图乙所示，则小球的直径D= 6.700(6.699或6.701也可) mm。
(2)两球静止在光电门正上方，然后控制电磁铁由静止释放a球，AI将b球和a球通过光电门时的遮光时间数据传输到地球，小李收到b球和a球通过光电门的时间分别为t1、t2，则b球通过光电门时，a球的速度大小为v1= Dt1 ，火星表面的重力加速度g= D22L1t22-1t12 ，火星的质量为 D2R22GL1t22-1t12 。(均用题中物理量的符号表示)
解析 (1)用螺旋测微器测出小球直径D=6.5 mm+0.01 mm×20.0=6.700 mm。
(2)b球通过光电门时，两球的速度相等，即a球的速度大小为v1=Dt1，a球通过光电门时的速度为v2=Dt2，两球在火星上做匀加速直线运动，则有v22-v12=2g火L，解得g火=D22L1t22-1t12。两球在火星上的重力等于火星对两球的引力，即GM火mR2=mg火，解得M火=D2R22GL1t22-1t12。
5.(2025·广州模拟)某实验小组为测量当地的重力加速度，设计了如图甲所示的装置，铁架台上固定四个光电门，另一侧固定一刻度尺，使刻度尺的零刻度对准第一个光电门的中心，小球直径已知。实验过程如下:
(1)让小球从某一高度由静止释放，分别记录小球通过四个光电门的时间t1、t2、t3和t4，利用小球直径和通过光电门的时间，可以算出小球经过每个光电门的速度v。
(2)记下其余光电门与第一个光电门的距离分别为h2、h3、h4。从图中可读出h2= 4.50 cm。
(3)建立平面直角坐标系，以h为横轴，y为纵轴作出y-h图像。为了数据处理方便，应选择 v2 (填“v”“v2”或“v”)作为y轴，图像如图乙所示。
(4)根据相关规律，可求得小球下落的加速度为 9.64 m/s2(保留3位有效数字)。
(5)请提出一个减小误差的方法: 多安装几个光电门；光电门之间的间距稍微大点；保持光电门在同一竖直线上；刻度尺保持竖直；用更小更重的小球 。
解析 (2)从题图甲中可读出h2=4.50 cm。
(3)根据自由落体公式可知v2=2gh，所以以h为横轴，应选择v2作为y轴。
(4)由上述公式可知图像的斜率为2g，则2g=k=3.7-，解得g≈9.64 m/s2。
(5)减小误差的方法:多安装几个光电门；光电门之间的间距稍微大点；保持光电门在同一竖直线上；刻度尺保持竖直；用更小更重的小球。