2.1 实验 探究小车速度随时间变化的规律（解析版）.docx

人教版高一物理必修第一册课堂同步精选练习 2.1 实验 探究小车速度随时间变化的规律（解析版） 一、选择题（本题共10小题，每小题6分，满分60分） 1. 关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,下列说法中不正确的是(　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.长木板不能侧向倾斜,但可一端高一端低 B.在释放小车前,小车应紧靠在定滑轮旁 C.应先接通电源,待打点计时器开始打点后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 【答案】B　 【解析】使用打点计时器时,应先接通电源,再释放纸带;为了充分使用好纸带,应将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处。 2. 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,常用表格法和图象法 【答案】C　 【解析】纸带上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0.1 s,计算时更方便,A对;使用刻度尺测长度时,要进行估读,B对;作v-t图象时,应使尽量多的点在同一条直线上,离线较远的点舍弃,C错;数据处理可选择表格法和图象法,D对。 3. 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,下述测量每相邻两计数点间距离的方法正确的是(　　) A.当某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.当某两个计数点间的距离较小时,可以用短尺一次把它测完 C.测量每两个相邻计数点间的距离,应该用带有毫米刻度的长尺的零刻线对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得出每两个计数点间距离的数值 D.分别逐个测出每两个计数点间的距离,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项所述方法均可减小误差,C正确。 4. 用打点计时器做探究匀变速直线运动规律的实验中,对纸带进行数据处理时,下列做法中不正确的是(　　) A.要从3条纸带中选择一条点迹清晰的纸带进行处理 B.要舍去纸带上的密集点,然后选取计数点 C.必须每5个打印点选一个计数点 D.用毫米刻度尺测量间距时,应估读到0.1 mm 【答案】C　 【解析】纸带的选择原则是点迹清晰,舍去纸带上刚开始打的密集点,然后选取计数点进行测量,计数点的选择不一定要每5个点选1个计数点,若计时点间距比较大,可以适当减少点数。毫米刻度尺的精确度是1 mm,所以应估读到0.1 mm。 5. 如图所示是同一打点计时器打出的4条纸带,哪条纸带的加速度最大(　　) 【答案】A　 【解析】4条纸带的时间间隔相等,其中C、D中两条纸带上的点间隔均匀,表明它们是做匀速直线运动,可看做加速度为0。A、B中两条纸带上的点间隔在不断增大,且A中纸带上的点相邻间距之差较大,故A中纸带的加速度最大。 6. 在实验中,利用纸带上的数据和第一章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图线不可能为一条直线,而应为一条光滑的曲线 ②这10个点中有8个点虽然不在一条直线上,但它们在一条直线附近,只有F和B两点离这条直线太远 ③在8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. ①③ B.②④ C.①② D.③④ 【答案】B　 【解析】因为有误差,这些点才不可能在一条直线上,若理想化,这些点将都在一条直线上,①③错误,②④正确。 7. 如图所示是某次实验中得到的一条纸带。A、B、C、D、E分别表示纸带上连续打印的点,打点计时器所用的电源频率为50 Hz。根据图示数据可知(　　) 　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.纸带做匀速运动 B.相邻两计数点的时间间隔为0.1 s C.A与C之间纸带平均速度为0.31 m/s D.打B点时纸带的瞬时速度为1.56 m/s 【答案】D　 【解析】由纸带可知,BC=6.24 cm-2.92 cm=3.32 cm;CD=9.95 cm-6.24 cm=3.71 cm;在任意相等的时间内,位移不相等,则纸带不是做匀速运动;由于电源频率为50 Hz,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.02 s;根据平均速度的定义得AC段的平均速度 vAC=xACtAC=0.062 42×0.02 m/s=1.56 m/s;根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小,即vB=vAC=1.56 m/s。 8. 如图是某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验时打出的纸带,已知打点计时器的电源频率是50 Hz(周期是0.02 s),则(　　) A.vC=(6.00+8.00)0.4 m/s B.vC=(6.00+8.00)×10-20.4 m/s C.vC=(6.00+8.00)0.2 m/s D.vC=(6.00+8.00)×10-20.2 m/s 【答案】D　 【解析】根据打点周期求出相邻计数点间的时间间隔,根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的速度。打点周期为0.02 s,可知相邻计数点间的时间间隔为0.1 s,则C点的瞬时速度为:vC=xBD2T=(6.00+8.00)×10-20.2 m/s。 9. 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,远离滑轮处,以便能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;实验中为了打点的稳定,具体操作中要求先启动打点计时器然后释放小车;该实验不需要平衡小车受到的阻力;电火花计时器接220 V交流电源。 10. 小文利用打点计时器研究甲和乙两个物体的运动,分别得到2条纸带。对每条纸带均选择合适的点作为第一个计数点,再依次每5个点取1个计数点,并在各计数点处将其剪断,然后将这些剪断的纸条粘贴在相同的坐标纸上,最后将纸条上端中心连起来,如图甲、乙所示。由图可判断(　　) A.乙物体的加速度比甲大 B.两物体均做匀速直线运动 C.打第三个计数点时,甲物体的速度比乙大 D.打第一个计数点时,物体的速度有可能为零 【答案】A　 【解析】本题使用等效替代法解题,它们的长度分别等于x=v平均t,因为剪断的纸带所用的时间都是t=0.1 s,即时间t相等,所以纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比;而此段纸带的平均速度等于这段纸带的中间时刻的速度,最后得出结论,纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比,还等于各段纸带中间时刻的速度之比,即纸带的高度之比等于各段纸带的中间时刻速度之比;根据图象的斜率求出小车的加速度,所以乙物体的加速度比甲大,且两物体均做加速直线运动;根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,所以打第三个计数点时,甲物体的速度比乙小;根据图象在纵轴上的截距不为零,可知打第一个计数点时,物体的速度不可能为零。 二、非选择题(本题共7小题，每小题空2分，满分40分) 11. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中: (1)下列哪些器材是多余的:　　　　;  ①电磁打点计时器　②天平　③低压直流电源　④细绳 ⑤纸带　⑥小车　⑦钩码　⑧停表　⑨一端有滑轮的长木板 (2)为达到实验目的还需要的器材是:　 。  【答案】(1)②③⑧　(2)低压交流电源、刻度尺 【解析】实验中给电磁打点计时器供电的是低压交流电源,而非低压直流电源。实验中小车的运动时间可以从所打纸带上得出,而不使用停表测量,另外此实验不需要测质量。在此实验中还需用刻度尺测量计数点间的距离。 12. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,按照实验进行的先后顺序,将下述步骤的代号填在横线上　　　　。  A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车的后面 B.把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,并连好电路 C.换上新的纸带,再重复做两次 D.把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面 E.使小车停在靠近打点计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动 F.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,另一端吊着合适的钩码 G.断开电源,取出纸带 【答案】DBAFEGC 【解析】正确的实验步骤是:把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面;把打点计时器固定在长木板的一端,并连好电路;把穿过打点计时器的纸带固定在小车的后面,把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,另一端吊着合适的钩码;使小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动;打完一条纸带,断开电源,取下纸带,换上新的纸带,再重复做两次。 13. 在研究直线运动的实验中,如图所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间有4个计时点未标出,设A点为计时起点, (1)C点的瞬时速度vC=　　　　m/s,  (2)小车运动的加速度a=　　　　m/s2。  思路点拨　相邻计数点间有4个计时点未标出,说明两个相邻计数点之间的时间间隔为0.1 s,C点的瞬时速度通常使用某段时间内的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度进行求解;纸带上小车的加速度通常使用逐差法求解,这种方法误差较小。 【答案】(1)2.64　(2)12.6 【解析】(1)相邻计数点间有4个计时点未标出,说明两个相邻计数点之间的时间间隔为T=5t=5×0.02 s=0.1 s C点的瞬时速度等于BD段内的平均速度,即: vC=xBDtBD=0.603 0-0.075 02×0.1 m/s=2.64 m/s (2)小车的加速度: a=x4+x3-(x2+x1)4T2=[(105.60-27.60)-27.60]×0.014×0.12 m/s2=12.6 m/s2 14. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点周期为0.02 s的打点计时器记录小车做匀变速直线运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点,相邻两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着分度值为1毫米的刻度尺,零刻度线跟“0”计数点对齐。由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离d1、d2、d3。 (1)读出距离:d1=1.20 cm,d2=　　　cm,d3=　 cm;  (2)计算小车通过计数点“2”时的瞬时速度v2=　　　　m/s;  (3)小车的加速度大小a=　　　　m/s2。(结果保留两位有效数字)  【答案】(1)5.40　12.00　(2)0.21　(3)0.60 【解析】(1)由题图可知d2=5.40 cm,d3=12.00 cm。 (2)小车通过计数点“2”时的瞬时速度可用“1”、“3”间的平均速度表示,则v2=d2-d110×0.02s=0.21 m/s。 (3)小车通过计数点“4”时的瞬时速度v4=d3-d210×0.02s=0.33 m/s,则小车的加速度大小a=ΔvΔt=v4-v210×0.02s=0.60 m/s2。 15. 在“探究匀变速直线运动的规律”的实验中,算出小车经过各计数点瞬时速度如表中所示。 计数点序号 1 2 3 4 5 6 计数点对应的时刻(s) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 通过计数点的速度(cm/s) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0 　　(1)根据表格中数据,在下面的坐标图中画出v-t图象。 (2)根据图象可以判断物体的速度随时间变化规律为(　　) A.线性增大　　B.非线性增大　　C.无规律 (3)为了计算物体运动的加速度,最合理的方法是(　　) A.根据任意两计数点的速度用公式a=ΔvΔt算出加速度 B.根据实验数据画出v-t图,量出其倾角α,由公式a=tan α求出加速度 C.根据实验数据画出v-t图,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间,用公式a=ΔvΔt算出加速度 D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度 【答案】(1)略　(2)A　(3)C 【解析】在处理实验数据时,如果只使用其中两个数据,由于偶然误差的存在可能会造成最后误差较大;所以我们可以根据实验数据画出v-t图象,考虑到误差,不可能是所有点都整齐地排成一条直线,连线时,应该尽量使那些不能画在线上的点均匀地分布在线的两侧,这样图线上会舍弃误差较大的点,由图线上任意两点所对应的速度及时间,用公式a=ΔvΔt算出加速度,所以误差小;根据实验数据画出v-t图象,当纵坐标取不同的标度时,图象的倾角就会不同,所以量出其倾角,用公式a=tan α算出的数值并不是加速度。 16. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz,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2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。 (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段的平均速度为　　　　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0.1 s 所以vB=xAC2×0.1s=0.050.2 m/s=0.25 m/s vCE=xCE2×0.1s=0.14-0.050.2 m/s=0.45 m/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=0.55-0.250.3 m/s2=1 m/s2。 17. 电磁打点计时器是一种使用低压　　　　(填“交”或“直”)流电源的计时仪器,其打点频率为　　　　Hz。如图1所示为用打点计时器记录小车运动情况的装置,开始时小车在水平玻璃板上匀速运动,后来在薄布面上做匀减速运动,所打出的纸带如图2所示(附有刻度尺),纸带上相邻两点对应的时间间隔为0.02 s。从纸带上记录的点迹情况可知,小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为　　　　m/s;小车在G点时的速度为________　　　　m/s;小车在布面上运动的加速度大小为　　　　m/s2。  【答案】交　50　0.90　0.65　5.0 【解析】电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的计时仪器,打点频率为f=1T=10.02 Hz=50 Hz;通过观察图2可知在AE段小车做匀速运动,利用刻度尺上的读数计算出A、E之间的距离为: xAE=(13.20-6.00) cm=7.20 cm 所以小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为:v=xAEtAE=0.072 04×0.02 m/s=0.90 m/s 根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上的G点时小车的瞬时速度大小 vG=xHFtHF=0.044-0.0182×0.02 m/s=0.65 m/s 设J到I之间的距离为x1,以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6, 根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可以求出加速度的大小, 得:x4-x1=3a1T2 x5-x2=3a2T2 x6-x3=3a3T2 为了更加准确地求解加速度,我们对三个加速度取平均值 得:a=13(a1+a2+a3) 即小车运动的加速度为: a=xDG-xJG9T2=(0.078 0-0.030 0)-0.030 09×0.022 m/s2=5.0 m/s2