第1章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 第6讲　实验1：探究小车速度随时间变化的规律--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第6讲　实验1:探究小车速度随时间变化的规律
1.(10分)(2025重庆模拟)光电计时系统的工作要借助于光源和光敏管(统称光电门)。如图甲所示,在滑块上安装宽度d为1.00 cm的遮光片,滑块在牵引力作用下由静止开始运动并通过光电门,配套的数字计时器记录了遮光片的遮光时间Δt为4.0 ms。
甲
乙
(1)遮光片通过光电门的平均速度=　　　　 m/s(保留两位有效数字)。
(2)为减小用光电门和数字计时器测瞬时速度的误差,使平均速度更接近瞬时速度,下列举措正确的是　　　　。
A.换用宽度更窄的遮光片
B.增大滑块距光电门的位移
C.让滑块以更大的速度通过光电门
(3)考虑到光电门的光源射出的光有一定的粗细,当遮光片100%遮住光源发出的光时,才认为光被遮住,则第(1)问中的测量值比真实值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
(4)某同学设计了如图乙所示的U形遮光片,换用该遮光片重复上述实验,滑块运动方向及遮光片的长度参量如图所示。若数字计时器显示两次开始遮光的时间间隔为Δt',则滑块通过光电门的瞬时速度v'=　　　　。(用所给字母表示)
2.(10分)(2025河北石家庄模拟)某班级学生利用如图甲所示装置探究匀变速直线运动。
(1)除图甲中所示器材外,下列装置必要的是　　　　。
甲
A.电压适当的交流电源
B.秒表
C.天平
D.刻度尺
(2)实验中打点周期为0.02 s,某一实验小组得到如图乙所示纸带,选取5个计时点,测得AC距离为6.0 cm,DE距离为3.2 cm。则打点B时纸带的速度为　　　　 m/s,小车加速度为　　　　 m/s2(均保留两位有效数字);
乙
(3)另一实验小组每隔0.1 s取一个计数点,并按相邻计数点把纸带逐段剪下放好,纸带左上端点近似成一条直线,连接后如图丙所示,用刻度尺测出其斜率为k=0.6,已知纸带宽为2 cm,则小车加速度为　　　　　 m/s2(保留两位有效数字)。
丙
3.(8分)(2025黑龙江哈尔滨模拟)某同学利用打点计时器分析自身步行时的速度特征。她先把打点计时器固定在与自己腰部等高的桌面上,再把穿过限位孔的纸带与腰部相连。当她沿直线步行时带动纸带运动,打点计时器便可以记录自己步行时的运动信息。
(1)如图甲所示,选取点迹清晰的纸带,每0.1 s取一个计数点,则纸带中B点的瞬时速度为　　　　 m/s。
甲
(2)如图乙所示,沿着各计数点位置把纸带裁开并编号,按编号顺序把剪出的纸带下端对齐并排粘贴在坐标纸上,把每段纸带上边中点连接成平滑曲线。由图可估算该同学迈一步的距离为　　　　 m(保留两位有效数字)。
乙
(3)该同学用图乙图像继续研究自己运动的速度—时间关系,如果用纵坐标表示速度大小,横坐标表示时间,则纸带的横宽d对应横坐标中的时间长度为　　　　 s。
4.(6分)(2025辽宁模拟预测)某同学利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律。将木板固定在水平桌面上,在沙桶中放入适量细沙,闭合打点计时器开关,由静止释放小车,得到一条用打点计时器打下的纸带,并在其上取O、A、B、C、D、E、F共7个计数点(每相邻两个计数点间还有4个计时点没有画出),计数点A、B、C、D、E、F与O点的间距如图乙所示。已知交流电源的频率为f。
甲
乙
(1)根据纸带上计数点间的距离,计算出打下D点时沙桶的瞬时速度大小vD=　　　　　　(用题中所给物理量的符号表示)。
(2)根据纸带上计数点间的距离,计算出沙桶的加速度大小a=　　　　　　(用题中所给物理量的符号表示)。
5.(16分)(2025江苏南通模拟)某实验小组利用图甲所示装置测量物体自由下落的加速度,电火花计时器竖直固定在铁架台上。重物由静止释放,带动纸带下落,利用纸带上的点迹求得重物下落的加速度。
甲
(1)电火花计时器使用的电源为　　　　。
A.交流8 V
B.直流8 V
C.交流220 V
(2)实验中得到的一条点迹清晰的纸带,纸带和刻度尺平行放置,部分区域如图乙所示,A、B、C是纸带上连续的三个计时点,相邻两计时点间的时间间隔T=0.02 s。
乙
①实验时纸带的　　　　(选填“左”或“右”)端和重物相连接。
②计时点A对应的刻度xA=　　　　 cm,计时点B对应重物的速度大小vB=　　　　 m/s。
③计时点A、B间距离为x1,B、C间距离为x2,重物下落的加速度大小a1=　　　　(用x1、x2和T表示)。
(3)分别测出纸带上各计时点对应重物的速度v,将速度v与对应时间t输入计算机拟合得到如图丙所示的v-t图像,直线方程为v=9.72t+1.35,则重物下落的加速度大小a2=　　　　 m/s2。
丙
(4)以上两种方法均可求得重物自由下落的加速度,　　　　(选填“a1”或“a2”)的求解方法更为合理,理由是　 　。
答案：
1.答案 (1)2.5　(2)A　(3)偏大　(4)
解析 (1)由得平均速度为 m/s=2.5 m/s。
(2)由速度定义式v=可知,要使平均速度更接近瞬时速度,应使Δx或Δt趋近于0,即应用宽度更窄的遮光片以减小误差。故选A。
(3)遮光片100%遮住光源发出的光时,才认为光被遮住,从开始遮光,到遮光结束,d测>d真,的测量值比真实值大。
(4)由题图可知,数字计时器显示两次开始遮光的时间间隔内,滑块的位移为s1+s2,则滑块通过光电门的瞬时速度v'=。
2.答案 (1)AD　(2) 1.5　2.0　(3)1.2
解析 (1)该实验不需要秒表与天平,需要通过打点计时器记录实验数据,而打点计时器需要接到交流电源上,处理数据时需要利用刻度尺测量长度,故选A、D。
(2)匀变速直线运动中,某时间段的中间时刻的速度等于某时间段的平均速度,故有vB==1.5 m/s;同理有=1.6 m/s,则a==2.0 m/s2。
(3)因为剪断的纸带所用的时间都是T=0.1 s,设两个相等时间内的位移差为Δx,则根据题意有Δx=kd=0.6×2×10-2 m=1.2×10-2 m,再由Δx=at2,解得a=1.2 m/s2。
3.答案 (1)0.99　(2)0.53　(3)0.1
解析 (1)相邻两个计数点间的时间间隔T=0.1 s,纸带中B点的瞬时速度近似等于AC段的平均速度vB= m/s=0.99 m/s。
(2)把图像看成v-t图像,同学的步幅为图像一个周期内每段纸带面积之和,该同学的步幅为s=(8.8+11+12+11+9.7) cm=0.525 m≈0.53 m。
(3)纸带的横宽d对应横坐标中的时间间隔为T=0.1 s。
4.答案 (1)　(2)
解析 (1)由于相邻两个计数点间还有4个点没有画出,则相邻计数点之间的时间间隔T=,根据题图甲可知,沙桶的速度大小为小车速度大小的两倍,则打下D点时沙桶的瞬时速度大小vD=2·。
(2)根据题图甲可知,沙桶的加速度大小为小车加速度大小的两倍,根据逐差法可知,沙桶的加速度大小a=2·。
5.答案 (1)C　(2)①左　②19.88　2.142 5　③　(3)9.72　(4)a2　得到a2的过程充分利用了实验数据从而减小了偶然误差,而得到a1的过程只利用了纸带上两段相邻的位移数据,偶然误差较大
解析 (1)电火花计时器使用的电源为交流220 V,故选C。
(2)①重物做加速运动,纸带上点迹较密集的部分为先打出来的点,故实验时纸带的左端与重物相连。
②计时点A对应的刻度为xA=19.88 cm,计时点C对应的刻度为xC=28.45 cm,计时点B对应重物的速度大小vB= m/s=2.142 5 m/s。
③由匀变速运动推论得x2-x1=a1T2,得a1=。
(3)v-t图像的斜率表示加速度,故a2=9.72 m/s2。
(4)a2的求解方法更为合理,理由是a2是利用多个点的数据进行拟合得到v-t图像,充分利用了实验数据从而减小了偶然误差,而a1只利用了纸带上两段相邻的位移数据,偶然误差较大。
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