2021-2022学年鲁科版必修1 3.2匀变速直线运动的实验探究 跟踪训练（解析版）

2021-2022学年鲁科版必修1
3.2匀变速直线运动的实验探究
跟踪训练（解析版）
1．我们可以用气垫导轨和光电门来完成“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，实验装置如图所示，已知遮光片的宽度为d，实验步骤如下：
①将气垫导轨调成水平后，用米尺测量两光电门之间的距离s；
②调整轻滑轮，使细线水平；
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间和，求出加速度a
回答下列问题：
（1）物块通过光电门A的速度_________（用题中给出的物理量表示）；
（2）物块的加速度大小a可用d、s、和表示为a=_______；
（3）若未找到刻度尺，无法测量s，但用数字毫秒计测出了遮光片从光电门A到光电门B所用的时间为t，物块的加速度大小a可用d、t、和表示为a=_______
。
2．在研究匀变速直线运动规律的实验中，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，相邻计数点的时间间隔为T=0.2s。（结果保留3位有效数字）
（1）根据实验给出的数据可以判断小车做____________运动。
（2）D点的瞬时速度大小为____________m/s。
（3）运动小车的加速度大小为____________m/s2。
3．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间，现在某滑块在斜面上滑行，先后通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别为t1=5×10-2s，t2=3×10-2s，从光电门1到光电门2所经历的总时间，用分度值为1m的刻度尺测量小滑块的长度为d，示数如图乙所示，实验中可计算得出滑块的长度d为____________cm，滑块通过光电门1的速度v为___________m/s，滑块的加速度大小为_______m/s2。（结果保留两位小数）
4．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，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、、、、。
（1）根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为_________．间的平均速度为________；（保留2位有效数字）
（2）以打A点时为计时起点，建立坐标系如下图所示．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________。（保留2位有效数字）
5．（1）如图甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的仪器，请回答下面问题：
①甲图是_________（填“电磁”或“电火花”）打点计时器，电源采用的是_________（填“直流电源”或“交流电源”），工作电压为_________
V。
②乙图是_________（填“电磁”或“电火花”）打点计时器，电源采用的是_________（填“直流电源”或“交流电源”），工作电压为_________
V。
（2）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是（______）
A．在释放小车前，小车应靠近打点计时器
B．开始实验时应先释放小车，再接通电源
C．打点计时器连续打两个点的时间间隔由物体运动的快慢来决定
D．纸带速度越大，相邻的两个点距离越大
6．某同学“研究匀加速直线运动规律”，安装好实验装置后进行实验，该同学得到如图所示的纸带。
（1）该同学实验过程中纸带的____________（填“左”或“右”）端与小车相连；
（2）下列操作中正确的有____________（填选项前代号）。
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．小车必须匀速下滑
C．应先接通电源，后释放小车
D．电火花计时器应使用4~6V交流电源
（3）实验中纸带上相邻两计数点间的打点时间为T。测出纸带上则该物体运动的加速度a=______（要求使用六组实验数据），打下A点时，物体的速度vA=_____。（用符号表示）
7．如图甲所示，使用滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度。实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2
s
滴一滴水（以滴水计时器内盛满水为准）；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标识小车运动规律的点迹（如图乙所示，各数据是对应点到0点的位移大小）。请计算：（结果均保留两位小数）
（1）在计数点1所代表的时刻，小车运动的瞬时速度v1=___________
m/s；
（2）该同学在测量的时候没有将计数点5的数值记录下来，根据前面的数值可推算出计数点5到0点的距离为___________
cm；
（3）依据测得的数据，小车的加速度大小应该为a=___________
m/s2。
8．某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。打点计时器所用交流电源频率为50Hz启动打点计时器，释放物块，打点计时器打出的纸带如图（b）所示。根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速直线运动。回答下列问题：
（1）
根据电磁打点计时器打出的纸带，可以从纸带上直接测量得到的物理量是___________。（填选项字母）
A．位移
B．速度
B．加速度
D．平均速度
（2）
由图（b）可得出A点到D点的距离是___________cm
（3）
由图（b）实验数据可得B点的瞬时速度是___________m/s（结果保留两位有效数字）。
（4）
某实验小组计算出所得小组纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图（c）所示，请根据这些点在图中作出v-t图像，并根据图像计算出小车运动的加速度a=___________m/s2（结果保留三位有效数字）。
（5）
打点计时器原来使用的电源的频率是50Hz，若在测定匀变速直线运动的速度时，交流电的频率为55Hz。而未被发觉，这样计算出的平均速度值与真实值相比是___________。（填“偏大…“偏小”或“不变”）
9．如图1所示，用质量为的重物（砝码及砝码盘）通过细线跨过定滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。
（1）若利用该实验装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验，下列选项中不正确或不必要的操作是______。
A．必须保证长木板水平放置
B．必须平衡小车受到的阻力
C．小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车
D．选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始
（2）若某同学用该实验装置设计“探究加速度与力、质量的关系”的实验，已知打点计时器所用交流电的频率为，图2是实验中获取的一条纸带的一部分，其中、、、、是计数点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示，打计数点时，小车的速度大小为______；由纸带求出小车的加速度的大小______。（计算结果均保留2位有效数字）
10．某同学用打点计时器测量做匀变速直线运动的物体的加速度，电源频率f=50Hz，在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：sA=16.6mm、sB=126.5mm、sD=624.5mm。
根据以上信息回答：
①电火花打点计时器的工作电压是：___________流___________V；
②相邻两个计数点的时间间隔T为___________s；
③打C点时物体的速度大小为___________m/s；（取2位有效数字）
④设AB之间的距离为XAB，CD之间的距离为XCD，相邻计数点之间的时间间隔为T，则物体加速度a的表达式为___________（用XAB、XCD和T表示），由题目数据可得加速度大小为___________m/s2；（取2位有效数字）
⑤根据匀变速直线运动的特点可以推测C点到零点的距离是（______）
A．263.5mm
B．329.1mm
C．412.5mm
D．502.4mm
11．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G
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交流电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：
对应点
B
C
D
E
F
速度（m/s）
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301
（1）设电火花计时器的打点周期为T，计算的公式为＝____________；（用题中所给字母表示）
（2）根据（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图中所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像；（______）
（3）利用该图像求得物体的加速度a＝____________
m/s2（结果保留2位有效数字）；
（4）在某次实验中，若该同学所用交流电的频率小于50
Hz，则加速度的测量值___________
（填“＞”“＝”或“<”）真实值。
12．该同学在打出的纸带上按打点的先后顺序每5个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（每相邻两个计数点间还有四个点）。从A点开始在每一个计数点处将纸带剪开分成五段（分别为a、b、c、d、e段），将这五段纸带由长到短紧靠但不重叠地粘在坐标系中，如图所示。
（1）若把每一段纸带的右上端连接起来，结果得到一条倾斜的直线，如图所示，由图可知纸带做__________运动，且直线与-x方向夹角越大，说明纸带运动的加速度__________（选填“越大”或“越小”）。
（2）从第一个计数点A开始计时，为求出0.25s时刻纸带的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度?答:__________（选填“a”“b”“c”“d”“e”）。
（3）若测得a段纸带的长度为10.00cm，e段纸带的长度为2.00cm，则可求出加速度的大小为__________m/s2。（结果保留两位有效数字）
（4）若实验后发现：实际交流电的频率高于50HZ，则计算加速度的结果比实际值相比________（填偏大，偏小或不变）。
13．如图甲所示，用光电门研究小钢球下落的速度及当地的重力加速度。每次小钢球从
A
光电门上方同一位置无初速度释放，保持
A光电门位置不变，每次释放小钢球前降低一次
B
光电门的位置，多次试验，测得
A、B
光电门之间的距离为
h，数字计时器记录得到小钢球从
A
光电门运动到
B
光电门的时间为
t，得到小钢球的
的图像如图乙所示。
(1)用毫米刻度尺和两个小三角板测得小钢球的直径如图丙所示，小球的直径为___________mm。若小球的直径为
d，小钢球经过光电门
A
的遮光时间为t
，小钢球经过光电门
A
的速度大小为___________。
(2)由图乙可知小钢球经过
A
光电门的速度大小为___________m/s，当地的重力加速度大小为___________m/s2（此小问均保留三位有效数字）
参考答案
1．
【详解】
（1）[1]物块通过光电门A的速度
（2）[2]物块通过光电门B的速度
根据
物块的加速度大小为
（3）[3]若未找到刻度尺，无法测量s，但用数字毫秒计测出了遮光片从光电门A到光电门B所用的时间为t，根据
物块的加速度大小
2．匀加速直线
1.95
3.15
【详解】
（1）[1]根据纸带的数据得出相邻的相等时间间隔位移之差相等，即
所以小车做匀加速直线运动；
（2）[2]利用匀变速直线运动的推论得
（3）[3]
根据匀变速直线运动的推论公式
可以求出加速度的大小得
3．4.45
0.89
3.93
【详解】
[1][2][3]由题图可知
通过光电门的速度分别为
滑块的加速度
4．
见解析
【详解】
(1)[1]相邻两个计数点间的时间间隔为
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可得
[2]同理，可得CE间的平均速度为
(2)[3]分别计算出其他各点的速度值
，，
描点连线v-t图像，如图所示
(3)[4]在
v-t图像中，图线的斜率表示加速度，可得
5．电磁
交流电源
8
电火花
交流电源
220
AD
【详解】
（1）[1][2][3]甲图是电磁打点计时器，使用交流电源，工作电压8
V
[4][5][6]乙图是电火花计时器，使用工作电压是
220
V
的交流电源
（2）[7]A．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，便于充分利用纸带打点，A正确；
B．电源刚启动时打点不稳定，故实验时先接通电源后释放小车，B错误；
C．打点计时器是使用交流电源仪器，其打点周期与交流电的周期相同，与电压、速度等无关，C错误；
D．由
可知，打点时间一定时，纸带的速度越大，相邻两点间距离越大，D正确。
故选AD。
6．左
AC
【详解】
（1）[1]小车做匀变速直线运动，小车是从静止出发的，速度越来越大，所以在相等时间内的间隔会越来越大，所以纸带的左侧与小车相连；
（2）[2]A．在释放小车前，要让小车靠近打点计时器，这样能够充分利用纸带，故A正确；
B．小车需要拖着纸带做匀加速直线运动，这样才能够通过研究纸带来研究匀加速直线运动的规律，故B错误；
C．打点计时器要固定在没有定滑轮的一侧，在实验时要先接通电源后释放小车，以便在纸带上打下充分的点，故C正确；
D．电火花计时器接的是220V的交流电，故D错误。
（3）[3][4]由题知，相邻两个计数点间的时间间隔为所以，利用逐差法可得小车的加速度为
打下A点时物体的速度为
7．0.09
14.50
0.19
【详解】
(1)[1]在计数点1所代表的时刻，小车运动的瞬时速度为
(2)[2]设计数点5到0点的距离为x，由匀变速直线运动推论可得
解得
(3)[3]小车的加速度大小为
8．A
4.20
0.13
1.66
偏小
【详解】
（1）
[1]根据电磁打点计时器打出的纸带，可以从纸带上直接测量得到的物理量是位移，而速度、加速度和平均速度只能间接计算出来，故选A；
（2）
[2]由图（b）可得出A点到D点的距离是4.20cm
（3）[3]
由图（b）实验数据可得B点的瞬时速度是
（4）[4]根据这些点在图中作出v-t图像如图，
根据图像计算出小车运动的加速度
（5）[5]若在测定匀变速直线运动的速度时，交流电的频率为55Hz。则打点周期偏小，而未被发觉，计算时仍用0.02s计算，则这样计算出的平均速度值与真实值相比是偏小。
9．ABD
0.76
2.0
【详解】
（1）[1]AB．在探究“探究小车速度随时间变化的规律”实验中只需保证小车做匀变速直线运动，加速度恒定即可，所以不需要必须保证长木板水平放置和平衡小车受到的阻力，故AB没有必要；
C．使用打点计时器时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放纸带，故C正确；
D．在处理纸带时，由于第一个点并不确定，因此往往会舍弃前面几个不清晰的点，从清晰可辨的点取点后处理实验数据，所以D选项错误。
（２）[2][3]由打点计时器所用交流电的频率为，且每相邻两计数点间还有4个点得
根据匀变速直线运动某段时间内平均速度等于中间时刻瞬时速度得
由逐差法可得小车加速度
10．交
220
0.02
2.5
9.3
B
【详解】
①[1][2]
电火花打点计时器的工作电压是交流220V。
②[3]
电源频率f=50Hz，所以打点周期为0.02s。
③[4]
打C点时物体的速度大小为
④[5]根据位移加速度公式得
[6]根据公式有
，
两式相加得
解得
⑤[7]根据位移时间公式得
所以C点到零点的距离是
故选B。
11．
0.40
＞
【详解】
(1)[1]若时间较短，平均速度可代替中间时刻的瞬时速度，电火花计时器的打点周期为T，所以从E点到G点时间为10T，有
(2)[2]根据图中数据，利用描点法作出图像如图
(3)[3]图像斜率大小等于加速度大小，故
m/s2=0.40m/s2
(4)[4]如果在某次实验中，交流电的频率小于50Hz，那么实际打点周期变大，根据运动学公式△x=at2得：真实的加速度值就会偏小，所以加速度的测量值＞真实值；
12．匀减速直线
越大
c
2.0
偏小
【详解】
(1)[1]纸带剪接后，水平方向每条宽度相同，正好与时间对应，竖直长度为相邻相等时间内的位移，由于，纸带长度差相等，变化规律恰好与速度一样，图线可看做v-t图像，即速度均匀减小，为匀减速运动；
[2]
图像的斜率表示加速度，斜率越大，加速度越大；
(2)[3]
求出0.25s时刻纸带的瞬时速度，即求0.2s~0.3s内的平均速度，这段时间的位移恰好是纸带c段对应的长度；
(3)[4]利用
可得
加速度大小为2.0m/s2；
(4)[5]若实际交流电的频率高于50HZ，实际打点周期小于0.02s，则计算出的加速度比实际加速度偏小。
13．4.8-5.2
均可（必须估读一位）
4.90
9.82
【详解】
(1)[1]小球的直径为5.0mm。
[2]若小球的直径为
d，小钢球经过光电门
A
的遮光时间为t
，小钢球经过光电门
A
的速度大小为
(2)[3][4]由图乙可知小钢球经过
A
光电门的速度大小为4.90m/s，根据
即
当地的重力加速度大小为
解得
g=9.82m/s2