2.1实验:探究小车速度随时间变化的规律(含解析)人教版(2019) 必修 第一册

文档属性

名称 2.1实验:探究小车速度随时间变化的规律(含解析)人教版(2019) 必修 第一册
格式 docx
文件大小 646.5KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-09-18 10:34:43

图片预览

文档简介

1 实验:探究小车速度随时间变化的规律
一、单选题
1.某同学用电磁打点计时器做实验时,在纸带上留下的不是圆点,而是一条条的短线,如图所示,出现这种情况的原因是(  )
A. 打点计时器错接在直流电源上 B. 电源频率不稳定
C. 打点的振针压得过紧 D. 打点的振针压得过松
2.在实验中,利用纸带上的数据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.下列说法有道理的是(  )
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,而应为一条平滑的曲线
②这10个点中有6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6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)可能是实验中出现错误造成的
A. ①③ B. ②④ C. ①② D. ③④
3.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是(  )
A. 长木板必须倾斜放置
B. 使用刻度尺测量长度时,不必估读
C. 使用刻度尺测量长度时,要估读到分度值的下一位
D. 作v-t图像时,所描图线必须经过每一个点
4.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,所需器材有:打点计时器(带导线)、长木板、纸带、复写纸、小车、槽码、细线,此外还需要的器材有(  )
A. 直流电源、天平及砝码 B. 直流电源、毫米刻度尺
C. 交流电源、天平及砝码 D. 交流电源、毫米刻度尺
5.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,得到的纸带打的点很稀,这是由于(  )
A. 接的电压太高 B. 接的电源频率偏高
C. 所挂槽码太少 D. 所挂槽码太多
6.用速度传感器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,测得小车各时刻的瞬时速度如表所示,为了求出加速度,最合理的方法是(  )
A. 根据任意两个计数点的速度,用公式a=算出小车的加速度
B. 根据实验数据作出v-t图像,量出其倾角θ,用公式a=tan θ 算出小车的加速度
C. 根据实验数据作出v-t图像,由图像上较远两点所对应的速度及时间,用公式a=算出小车的加速度
D. 依次算出通过连续两个计数点间的加速度,算出平均值即为小车的加速度
7.在用打点计时器“研究小车的运动”的实验中,下述测量各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,可以用短尺进行分段测量
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. 测量各相邻计数点间的距离,应该用最小刻度为毫米的长尺的零刻度对准计时起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到各相邻计数点间距离的数值
D. 逐次测出各相邻计数点间的距离,这样便于记录
8.某同学利用如图所示实验仪器做“探究小车速度随时间变化的规律”实验,下列操作或说法正确的是(  )
  
A. 本实验需要平衡摩擦力
B. 实验时,先释放小车,再接通电源
C. 本实验需要调整定滑轮的高度,使细绳与木板平行
D. 为减小误差,实验中一定要保证钩码的质量远小于小车的质量
9.某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,所得纸带点间距过密,若利用该纸带分析小车运动情况,下列做法可行的是(  )
A. 每隔9个点取一个计数点,计数点时间间隔为0.2 s
B. 每隔2个点取一个计数点,计数点时间间隔为0.04 s
C. 只研究纸带后端几个间距较大的点所在区域
D. 只研究纸带前端较密的几个点所在区域
10.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是(  )
A. 小车在槽码的牵引下运动时只需打一条纸带,然后进行数据处理
B. 为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为计时起点
C. 为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点
D. 两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s
11.(2023·北师大附中高一期中)在“测量纸带的速度”的实验中,得到如图所示的纸带,其中A、B、C、D、E、F、G为计数点,相邻两计数点间的时间间隔为T,x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度,下列用来计算打D点时纸带速度的表达式中误差最小的是(  )
A. B.
C. D.
二、多选题
12.关于用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验,下列说法正确的是(  )
A. 打点计时器应固定在长木板上,且靠近滑轮一端
B. 开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C. 应先接通电源,待打点稳定后,再释放小车
D. 牵引小车的钩码个数越多越好
13.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是(  )
A. 通过调节,使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上(使细绳和木板平面平行)
B. 小车应放在靠近打点计时器的一端
C. 实验时应先接通电源,待打点稳定后再释放小车,打完点要先断开电源后取纸带
D. 槽码的质量越大越好
14.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,为了减小测量小车运动加速度的相对误差,下列措施中哪些是有益的(  )
A. 使小车运动的加速度尽量小一些
B. 适当增加挂在细绳下的槽码的个数
C. 在同样条件下,打出多条纸带,选其中一条最理想的进行测量和计算
D. 舍去纸带上较密集的点,然后选取计数点,进行计算
15.在用打点计时器“研究小车运动规律”实验中,下列操作正确的是(  )
A. 小车要从靠近打点计时器处开始释放 B. 打点计时器应放在长木板有滑轮的一端
C. 操作时,应先接通电源,再释放小车 D. 电磁打点计时器应使用低压直流电源
三、填空题
16.在某次实验中获得的纸带上每5个点取一个计数点0、1、2、3、4,每个计数点相对起点的距离如图所示,由纸带测量数据可知:从起点0到第4个计数点的时间间隔里小车的平均速度为    cm/s,在连续相等的时间内位移差均为_________cm,所以小车运动可看成加速度为      m/s2的匀加速直线运动。(保留一位小数)
17.某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连,右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。
(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s。以打出A点时小车的位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移填到表中,小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为和。表中 , 。
位移区间 AB AC AD AE AF
6.60 14.60 34.90 47.30
66.0 73.0 87.3 94.6
(2)根据表中数据,得到小车平均速度随时间的变化关系,如图(c)所示。在图(c)中补全实验点并作出图像 。
(3)从实验结果可知,小车运动的图线可视为一条直线,此直线用方程表示,其中 , 。(结果均保留3位有效数字)
18.学习小组在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时得到了两条纸带,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。对于这两条纸带的处理,学习小组采用了如下方法。先把纸带每隔0.1s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,于是得到了图像如图所示,则通过这条纸带所求得的加速度大小为   。
四、实验题
19.一打点计时器所用电源频率是50 Hz。如图所示,纸带上的0点先通过打点计时器,0至3点之间历时________ s,位移为________ m,这段时间内纸带运动的平均速度大小是______ m/s,打2点时纸带运动的速度大小是____ m/s。
20.(1)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中,有如下基本步骤:
A.断开开关
B.接通电源
C.把打点计时器固定在桌子上
D.安好纸带
E.取下纸带
F.松开纸带让物体带着纸带运动
这些步骤正确的排列顺序为________。
(2)电火花计时器使用交流电源工作,电源的频率是50 Hz,如果用它测量速度时,实验者不知道工作电源的频率已变为60 Hz,而仍按50 Hz进行计算,这样算出的速度值与物体速度的真实值相比________(填“偏大”或“偏小”)。
(3)实验中获得一条纸带,如图所示,其中两相邻计数点间有四个点未画出,已知所用电源的频率为50 Hz,则打O点到D点纸带的平均速度是________m/s,打C点时小车运动的速度vC=________m/s。(计算结果保留三位有效数字)
21.某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。
(1)电火花打点计时器用的是     (填交流或直流)电。
(2)打点计时器是测量     (填时间或位移)的仪器。
(3)他实验时将打点计时器接到频率为50HZ的交流电源上,每隔     s打一次点,得到一条纸带,打出的部分点如图所示。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。打点计时器在打B点时小车的速度vB=     m/s。(保留两位小数)
22.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,用打点周期为0.02 s的打点计时器记录小车做直线运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5共六个计数点,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.(结果保留两位有效数字)
(3)小车的加速度大小a=________m/s2.(结果保留两位有效数字)
23.打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材,请你完成下列有关问题。
(1)打点计时器是一种________的仪器(填“计时”或“测位移”)。
(2)甲图是________(填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”)。
(3)使用打点计时器时,应先________后________。(均填“启动电源”或“拉动纸带”)
(4)如图为小车运动实验中获得一条纸带,其中两相邻计数点间有四个点未画出,已知所用电源的频率为50 Hz,则打C点时小车运动的速度vC=________m/s,小车的加速度a=________m/s2(结果均保留三位有效数字)。
五、简答题
24.为研究实验小车沿斜面向下运动的规律,把打点计时器纸带的一端固定在小车上,小车拖动纸带运动时,纸带上打出的点如图所示。
(1)某同学用以下方法绘制了小车运动的v-t图像。先把纸带每隔0.1s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,于是得到v-t图像。请你按以上办法(用一张薄纸压在图上,复制得到纸带)绘制这个v-t图像。
(2)这样做有道理吗 说说你的看法。
25.做加速直线运动的小车,牵引一条纸带通过打点计时器,交流电源的频率是50 Hz,由纸带上打出的某一点开始,每5个点剪下一段纸带,如图所示,每一条纸带下端与x轴相重合,纸带左边与y轴平行,将纸带贴在坐标系中.
(1)仔细研究图像,找出小车在相邻相等时间内位移之间存在的关系;
(2)以0.1 s为时间单位,请在图中画出小车的v-t图像;
(3)根据图像求小车的加速度大小.
实验:探究小车速度随时间变化的规律
答案与解析
一、单选题
1.【答案】C
【解析】若打点计时器接在直流电源上,打点计时器不打点,故A错误;电源频率不稳定,只会影响打点的时间间隔,不会打出短线,故B错误;打点的振针压得过紧,振针和纸带接触时间过长,可能造成打出短线,故C正确;打点的振针压得过松,可能打不出点或在纸带上打下的点不清晰,故D错误。
2.【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,故B项正确.
3.【答案】C
【解析】在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,使用刻度尺测量长度时,要估读到分度值的下一位,C正确。
4.【答案】D
【解析】在实验中无需测量小车质量,故不需要天平和砝码;测量纸带上的数据需要使用毫米刻度尺;打点计时器使用的是交流电源,故D项正确.
5.【答案】D
【解析】电压的高低不影响点的疏密,故A错误;电源频率偏高、槽码太少都会使打的点较密集,故B、C错误;D正确.
6.【答案】C
【解析】选项A虽能求出小车的加速度,由于只利用了其中的两组数据,偶然误差较大,故A项错误;作图法是求物体加速度的有效方法,具有减小偶然误差的效果,但选项B也是不行的,因两坐标轴的分度大小往往是不相等的,也就是说同一组数据,可以画出许多倾角不同的图线,故不能被采用,故B项错误;根据实验数据作出v-t图像,由图像上较远两点所对应的速度及时间,用公式a=算出小车的加速度,选较远的两点可以减小误差,故C项正确;选项D具有与选项A相同的缺点,如a1=,a2=,…,a5=,求平均值时a=,只用了v6和v1两组数据,偶然误差较大,故D项错误.
7.【答案】C
【解析】无论两个计数点间的距离是大还是小,采用C项中的方法都可减小误差,C正确。
8.【答案】C
【解析】本实验不需要保证钩码质量远小于小车质量,也不需要平衡摩擦力,只需要研究速度随时间的变化规律即可,故AD错误;应先接通电源,后释放小车,故B错误;为了保证过程中小车做匀变速运动,本实验需要调整定滑轮的高度,使细绳与木板平行,故C正确。
9.【答案】A
【解析】每隔9个点取一个计数点,计数点时间间隔为T=0.02×10 s=0.2 s,A正确;每隔2个点取一个计数点,计数点时间间隔为T′=0.02×3 s=0.06 s,B错误;依据长度越长时,测量误差越小,因此在处理纸带时,需要选取计数点,使得测量间距较大,从而提高测量的精确度,C、D错误,选A。
10.【答案】C
【解析】小车在槽码的牵引下运动时,需要采用多次测量,打出多条纸带,进行数据处理,这样有利于减小误差,故A错误;纸带上开始时打的点比较密集,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点作为计时起点,故B错误,C正确;选取计数点,可增加测量距离,减小测量过程中所产生的误差,两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1 s,故D错误.
11.【答案】B
【解析】某点的瞬时速度可以用该点为中间时刻的一段时间内的平均速度大小来代替,vn=,而且所选时间段越短,误差越小,B正确。
二、多选题
12.【答案】BC
【解析】打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端,A错误;钩码个数太少,打点密集,钩码个数太多,打点太少,都会带来实验误差,D错误。
13.【答案】ABC
【解析】实验中调节定滑轮的高度使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上(使细绳和木板平面平行),才会使小车速度随时间均匀变化,还可以减小摩擦,所以A正确;打点计时器与定滑轮间的距离要尽可能大,小车尽可能靠近打点计时器,都是为了使小车运动的距离较大,尽可能打出较多的点,所以B正确;要先接通电源后松开纸带,打完点要先断开电源后取纸带,所以C正确;槽码的质量要适中,不要太大也不要太小,所以D错误.
14.【答案】BCD
【解析】实验中如果加速度太小,会导致各段位移差太小,计算中会使误差增大,所以要适当增加钩码来增大小车的加速度;为了便于测量和减小误差,应该选择点迹清晰的理想纸带,舍去纸带上比较密集的点.
15.【答案】AC
【解析】释放小车前,小车要靠近打点计时器,打点计时器应放在长木板远离滑轮的一端,A正确,B错误;操作时,应先接通电源,待打点稳定后,再释放小车,C正确;电磁打点计时器应使用低压交流电源,D错误.
三、填空题
16.【答案】12.3  6.0  6.0
【解析】每5个点取一个计数点,则相邻计数点时间间隔为,从起点0到第4个计数点的时间间隔里小车的平均速度为;在连续相等的时间内位移差为,,,则在连续相等的时间内位移差为;根据逐差法计算加速度为。
17.【答案】(1) 24.00 80.0 (2) (3) 71.5 58.7
【解析】(1)根据纸带的数据可得
平均速度为
(2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得
(3)此直线用方程表示,由图像可知其中,
18.【答案】0.20m/s2
【解析】每个纸条宽度对应的时间均为,纸条上端中点对应的是该过程的平均速度,也是中间时刻的瞬时速度,即,速度-时间图像直线斜率表示加速度,可知运动物体的加速度为。
四、实验题
19.【答案】0.06 5.40×10-2 0.9 1.05
【解析】一打点计时器所用电源频率是50 Hz。如图所示,纸带上的0点先通过打点计时器,0至3点之间历时0.06s,位移为5.40×10-2m,这段时间内纸带运动的平均速度大小是0.9m/s,打2点时纸带运动的速度大小是1.05m/s。
20.【答案】(1)CDBFAE (2)偏小 (3)0.375 0.413
【解析】(1)使用打点计时器时应先固定装置,安装纸带,实验时要先接通电源再放开纸带,实验完成后立即关闭电源,然后再取下纸带,故步骤为:CDBFAE。
(2)使用电火花计时器测量速度时,如果工作电源的频率已变为60 Hz,而仍按50 Hz进行计算,可知计算速度时T比实际值大,则算出的速度值与物体速度的真实值相比偏小。
(3)两相邻计数点间有四个点未画出,得题图中时间间隔为0.1 s,则打O点到D点纸带的平均速度为== m/s=0.375 m/s,打C点时小车运动的速度是BD段的平均速度,所以打C点时小车运动的速度vC==×10-2 m/s=0.413 m/s。
21.【答案】(1)交流  (2)时间  (3)0.02  2.00
【解析】(1)电火花计时器用的是交流电;
(2)打点计时器是测量时间的仪器;
(3)实验时将打点计时器接到频率为50HZ的交流电源上,则打点周期
即每隔0.02s打一次点;
打点计时器在打B点时小车的速度为
22.【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”的瞬时速度可用计数点“1”和计数点“3”间的平均速度表示,则v2==0.21 m/s.
(3)小车通过计数点“4”的瞬时速度v4==0.33 m/s,则小车的加速度大小a===0.60 m/s2.
23.【答案】(1)计时 (2)电磁打点计时器 (3)启动电源 拉动纸带 (4)0.413 0.380
【解析】(4)两相邻计数点间有四个点未画出,故题图中两相邻计数点间时间间隔为0.1 s,则打C点时小车运动的速度是BD段的平均速度,所以打C点时小车运动的速度vC==×10-2 m/s=0.413 m/s,
a== m/s2=0.380 m/s2。
五、简答题
24.【答案】(1)如图所示
(2)有道理。因为纸带的宽度一定,把剪下的各段纸带并排,相当于以纸带宽度作为时间间隔,各纸带长度表示小车在这段时间内运动的位移大小,这样在各个时间间隔内的平均速度大小就近似认为这样,纸带的长度就可以用来表示速度。
25.【答案】见解析
【解析】(1)由题图中每段所标纸带表示的位移关系,可知在相邻相等时间内的位移差相等.考虑误差原因后,可近似认为Δy=8 mm.
(2)由纸带上打出的某一点开始,每5个点剪下的纸带有相等的时间间隔.将题图中的x轴作为时间轴,由于每段纸带的宽度相同,可以用纸带的宽度表示相等的时间间隔Δt=0.1 s,每段纸带最上端中点对应v轴上的速度表示每段时间的中间时刻的瞬时速度;因此可以用纸带的长度表示每段时间中间时刻的瞬时速度,将纸带最上端中间各点连接起来,可得到如图所示的v-t图像.
(3)由速度—时间图像可得小车的加速度大小a==0.8 m/s2.