2026人教版高中物理必修第一册练习--第二章　实验：探究小车速度随时间变化的规律（含解析）

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2026人教版高中物理必修第一册
第二章　匀变速直线运动的研究
1　实验:探究小车速度随时间变化的规律
基础过关练
题组一　实验原理与操作
1.(2025广东佛山月考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学操作过程中有以下实验步骤:
A.将小车移至靠近打点计时器处,先放开小车,再接通电源
B.将打点计时器固定在长木板上,并连接好电路
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着适当重的钩码,放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动
D.断开电源,取下纸带
E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使附有定滑轮的一端伸出桌面
F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
G.换上新纸带,重复操作两次
(1)其中有一处错误的步骤是　　　　(填步骤前字母);应改正为:　。
(2)将改正后的步骤按合理的顺序排列为:EB　　　　DG。
2.(2025陕西西安期中联考)如图所示,某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器所接电源的频率为50 Hz,实验时得到表示小车运动过程的一条清晰纸带如图所示,纸带上相邻两计数点间还有4个点没有画出,测得相邻计数点间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6。回答下列问题:
(1)打点计时器使用　　　　(填“交流”或“直流”)电源。
(2)相邻两计数点间的时间间隔T=　　　　。
(3)打下“3”点时小车的瞬时速度为v3=　　　　(用题中所给物理量符号表示)。
(4)下列关于打点计时器的使用的说法中,正确的是　　　　。(填正确答案前的序号)
A.电火花计时器使用的是约8 V交流电源
B.先释放小车,后接通打点计时器的电源
C.纸带上打的点越密,说明物体运动得越快
D.如果实际电源频率为55 Hz,而仍按50 Hz计算,则速度的测量值偏小
题组二　数据处理与误差分析
3.(2025湖北云学新高考联盟月考)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,实验装置如图甲所示。
(1)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　　　　。
(2)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示,在纸带上依次选出7个计数点,分别标上A、B、C、D、E、F和G,每相邻的两个计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源的频率是50 Hz。
①每相邻两计数点的时间间隔为　　　　s,打下D点时小车的速度vD=　　　　cm/s。(结果保留2位小数)
②分别算出打下其他点时小车的速度:vB=16.50 cm/s,vC=21.40 cm/s,vE=31.35 cm/s,vF=36.30 cm/s,请在如图丙所示的坐标系中作出小车运动的v-t图像(打下A点时开始计时),并说明小车速度变化的规律:　　　　。
③根据图线求出小车运动的加速度a=　　　m/s2。(结果保留2位小数)
④图线与纵轴交点的纵坐标是　　　　cm/s,此速度的物理意义是　　　　。
(3)实验完毕后,某同学发现实验时电源的实际频率小于50 Hz,那么速度的测量值比实际值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
题组三　实验方案拓展与创新
4.(2025江苏常州教科院附属高级中学开学考)某班级在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,每个计数点与计数点A间的距离如图1所示,每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出,打点计时器接频率为50 Hz的交流电源。
班级内甲、乙两个小组采用了不同的数据处理方法。
(1)甲小组根据纸带上计数点间的距离,计算出打下B、C、D、E、F五个计数点时小车的瞬时速度,补全表格:
速度 vB vC vD vE vF
数值/(m·s-1) 　 0.479 0.560 0.640 0.721
①以打下A点时为计时起点,将打下B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度标在图2中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线;
②由所画v-t图像求出小车的加速度为a甲=　　　　m/s2(结果保留2位小数)。
(2)乙小组用以下方法绘制了小车运动的v-t图像,如图3,先把纸带每隔0.1 s剪断,得到若干短纸条,再把这些纸条并排贴在一张纸上,使这些纸条下端对齐,作为时间坐标轴,标出时间,最后将纸条上端中心连起来,得到v-t图像。请根据这种方法计算出小车运动的加速度a乙=　　　　m/s2。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.答案　(1)A　先接通电源,再放开小车　(2)CFA
解析　(1)为了充分利用纸带,获得更多数据,实验时将小车移至靠近打点计时器处,先接通打点计时器电源,待打点计时器打点稳定后再放开小车,因此错误的步骤是A。应改正为:先接通电源,再放开小车。
(2)实验前应先安装仪器,再进行实验,因此改正后的步骤合理的顺序为:EBCFADG。
2.答案　(1)交流　(2)0.1 s　(3)　(4)D
解析　(1)打点计时器使用交流电源。
(2)打点计时器所接电源的频率为50 Hz,纸带上相邻两计数点间还有4个点没有画出,则相邻两计数点间的时间间隔T=0.02×5 s=0.1 s。
(3)用“2”“4”点间的平均速度表示“3”点的瞬时速度,可得打下“3”点时小车的瞬时速度为v3=。
(4)电火花计时器使用的是220 V交流电源,A错误;为了充分利用纸带,得到更多的数据,应先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放小车,B错误;纸带上打的点越密,说明物体在相同时间内运动的距离越小,则物体运动得越慢,C错误;用打点计时器测量物体的速度,如果实际电源频率为55 Hz,可知打点周期T'= s< s,而仍按50 Hz计算,计算得到的两点间所用时间偏大,则速度的测量值偏小,D正确。
3.答案　(1)刻度尺　(2)①0.10　26.30　②图见解析小车速度随时间均匀增大　③0.50　④11.5　打下A点时小车的速度　(3)偏大
解析　(1)要测量小车的速度,除打点计时器外,还必须使用的测量工具是刻度尺,用刻度尺来测量纸带上计数点间的距离。
(2)①纸带上每相邻的两个计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源的频率是50 Hz,可知相邻两计数点间的时间间隔为T=5×=5× s=0.10 s,打下D点时小车的速度为vD=== cm/s=26.30 cm/s(点拨:利用平均速度表示中间时刻的瞬时速度)。
②由vB、vC、vD、vE、vF数据,利用描点法在坐标系中作出小车运动的v-t图像(打下A点时开始计时),如图所示。
由v-t图像可知,在误差允许的范围内,小车的速度随时间均匀增大。
③根据v-t图线的斜率表示加速度,可得小车运动的加速度为a==×10-2 m/s2=0.50 m/s2。
④图线与纵轴交点的纵坐标是11.5 cm/s,此速度的物理意义是打下A点时小车的速度。
(3)实验时电源的实际频率小于50 Hz,相邻两计时点间的实际时间间隔Δt=>0.02 s,但测量时仍按0.02 s计算,即时间的测量值比实际值偏小,由v=可知,速度的测量值比实际值偏大。
4.答案　(1)0.400　①图见解析　②0.83　(2)0.80
解析　(1)相邻两计数点间的时间间隔为T=5×=5× s=0.1 s;用一段时间内的平均速度代替这段时间内某一时刻的瞬时速度,可得打下B点时小车的速度为vB== m/s=0.400 m/s。
①根据数据在题图2中描点,用直线“拟合”各点,得到小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
②v-t图线的斜率表示加速度,则小车的加速度为a甲== m/s2≈0.83 m/s2。
(2)由于剪断的短纸条对应的时间间隔都是0.1 s,可知把剪下的各段纸条并排相当于以纸条宽度作为时间间隔,各段纸条长度表示小车在这段时间内运动的位移大小(破题关键),在各个时间间隔内的平均速度大小v=,v∝Δx,这样纸条的长度就可以用来表示平均速度大小,即各段纸条中间时刻的速度大小,从而得到v-t图像。v-t图线的斜率表示加速度,可知小车的加速度为a乙=k== m/s2=0.80 m/s2。
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