2020-2021学年人教版高中物理必修一打点计时器光电门专题练习含答案

打点计时器光电门专题练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、实验题（本大题共11小题，共99.0分）
如图所示，为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d
=
3.0
cm的遮光条，滑块在牵引力作用下做匀加速直线运动，先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.30
s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.10
s，遮光条从开始遮住第一个光电门到遮住第二个光电门所用时间为Δt＝3.00
s
。则
(1)遮光条通过第一个光电门的速度的计算表达式是_______，大小是____m/s；遮光条通过第二个光电门的速度的计算表达式是_______，大小是____m/s；
(2)滑块的加速度计算表达式为______________，大小是__________m/s2。
（所有计算表达式用题中给出的符号表示，计算结果大小都保留两位有效数字）
在做“研究匀变速直线运动”的实验时，得到一条纸带如图所示，A、B、C、D、E、F、G为计数点，每两个计数点间还有4个点未画出，，，，，，．
（1）图中两计数点的时间间隔______
s。
（2）打点计时器在打B点时小车的瞬时速度______，vA=_________。
（3）采用“逐差法”计算小车的加速度的表达式为______
。（以上结果均保留两位有效数字）
甲、乙两位同学利用穿过打点计时器的纸带来记录小车的运动，打点计时器所用电源的频率为50
Hz．
（1
）实验后，甲同学选择了一条较为理想的纸带，测量数据后，通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表格所示．
位置编号
0
1
2
3
4
5
时间t
/
s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
速度：v/(m·s-1）
0.42
0.67
0.92
1.16
1.42
1.67
分析表中数据，在误差允许的范围内，小车做_____________________________________运动；
由于此次实验的原始纸带没有保存，该同学想估算小车从位置0到位置5的位移，其估计算方法如下：x
=（0.42×
0.1十0.67
×
0.1十0.92
×
0.1
+
1.16
×
0.1+1.42
×
0.1
)
m，那么，该同学得到的位移___________（选填“大于”“等于”或“小于”）实际位移．
（2）乙同学的纸带如图，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，每相邻的两计数点间都有四个点未画出．用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离如图所示（单位：cm)．由纸带数据计算可得计数点3所代表时刻的瞬时速度大小v3=____________?m/s，小车的加速度大小a=____________m/s2．（结果保留两位有效数字）
某次实验打点计时器使用的交流电的频率为50
Hz，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点：
（1）推测纸带的运动是加速运动还是减速运动？
________________________________________________________________________.
（2）在打出A、F这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是________．
（3）B点的瞬时速度为________．
如图所示，一打点计时器固定在斜面上端，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上匀加速直线滑下。由于实验者不小心将纸带弄成了三段，并把中间一段丢失了，如图所示是打出的完整纸带中剩下的两段，这两段纸带是小车运动的最初和最后两段时间分别打出的纸带，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，即如图每两个相邻计时点的时间间隔为0.02s，请根据如图给出的数据回答下列问题：
（1）纸带的____________（选填“右端”或“左端”）与小车相连；
（2）根据匀变速直线运动的规律可求得：小车通过A点的瞬时速度vA＝____________m/s。纸带上DE之间的距离xDE＝____________cm，小车的加速度a＝____________m/s2（结果保留三位有效数字）。
（3）若电源实际频率60Hz，计算时仍按照50Hz计算，则速度大小的测量值比真实值____________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）丢失的中间一段纸带上应该有____________个计时点。
在“研究小车做匀变速直线运动”的实验中，电源频率为50
Hz．如图为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，在相邻计数点之间还有4个点未画出．
（1）根据纸带可知，相邻计数点之间的时间间隔为_____s，打C点时小车的瞬时速度为vC=_____m/s，小车运动的加速度a=_____m/s2．（后两空结果保留两位有效数字）
（2）若交流电的频率变为51
Hz而未被发觉，则测得的小车的速度值与真实值比较将偏_______（选填“大”或“小”）．
某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图甲所示。一小车放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连，在重物牵引下，小车在木板上向左运动。下图给出了电火花计时器在纸带上打出的一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点没画出，电火花计时器所用的交流电频率为50Hz.
(1)根据纸带(图乙)可以计算各点的瞬时速度及小车加速度,现计算第2点的瞬时速度：v2=___m/s,小车的加速度为a=___m/s2.(结果取三位有效数字)
(2)另一同学利用如图丙所示的装置测定导轨上滑块运动的加速度,滑块上安装了宽度为d的遮光板。滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门A.?B,配套的数字毫秒计(图中未画出)记录了遮光板通过第一个光电门A的时间为△t，则滑块通过第一个光电门的速度表达式为vA=___.若已知滑块通过两光电门速度分别为vA、vB,两个光电门A.B间距离为L,则滑块的加速度表达式为a=________.(用题中字母表示)
在“研究匀变速直线运动的规律”实验中，利用小车拖着纸带运动。如图所示为电火花打点计时器打出纸带的示意图，图中相邻两点间还有四个点未画出，已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz。
(1)打点计时器工作的基本步骤如下：
A．当纸带完全通过打点计时器后，及时关闭电源?????
B．将纸带穿过打点计时器的限位孔，再将计时器插头插入相应的电源插座???
C．接通电源开关，听到放电声
D．释放小车，拖动纸带运动。
上述步骤正确的顺序是_____________________．(按顺序填写步骤编号)
(2)根据图中数据可以算出，小车在打C点时的速度大小为vC
=_________m/s；小车运动的平均加速度大小为a
=_________m/s2。(计算结果保留两位有效数字）
用如图甲的装置研究自由落体运动规律。已知打点计时器的工作频50Hz。
电火花打点计时器必须接______填“220交流”、“低压交流”或“低压直流”电源，
部分实验步骤如下：
A.测量完毕，关闭电源，取出纸带。
B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开重锤。
C.扶着重锤停靠在打点计时器附近，重锤与纸带相连。
D.把打点计时器固定在夹板上，让纸带穿过限位孔。
上述实验步骤的正确顺序是：______用字母填写。
图乙中标出的每相邻两点之间还有4个记录点未画出，则相邻两计数点的时间间隔______s。
计数点C对应的瞬时速度大小为______。
根据实验记录的数据计算重锤的加速度大小______保留三位有效数字
利用如图甲所示的装置进行“探究小车速度随时间变化规律”的实验。
（1）本实验________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。
（2）图乙是实验中打出的一条纸带，0、1、2、3、4、5、6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所示，根据数据可以看出，在误差允许的范围内，有x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，则可以判断小车做________（填“匀速”“匀变速”或“变加速”）直线运动；若已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，可计算出加速度a＝________m／s2（结果保留3位有效数字）。
某同学用如下图1所示的装置测定重力加速度：
（1）电火花计时器正常工作时电流为______（填“直流电”或“交流电”），打点时间间隔是____?s．
（2）打出的纸带如图2所示，实验时纸带的_____端应和重物相连接．（选填“甲”或“乙”）
（3）纸带上取连续的1至9点为计时点，由纸带上所给的数据可计算出实验时的加速度为___m/s2。（保留三位有效数字）（4）当地的重力加速度数值为9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的实际值有差异的一个原因______________。
答案和解析
1.【答案】【答案】（1）；0.10；;
0.30；（2）?;
0.067。
【解析】
【分析】（1）滑块通过每个光电门的时间里视为匀速直线运动，则根据通过光电门的时间和遮光板的宽度可得通过两个光电门时的滑块速度；（2）根据滑块在通过两个光电门的时间可以算出滑块的加速度；
【解答】（1）根据题意，遮光板通过单个光电门的短暂时间里视滑块为匀速运动则滑块经过第一个光电门的速度：；
滑块经过第二个光电门的速度：；
（2）所以滑块在两个光电门间的加速度：；
故答案为：（1）；0.10；;
0.30；（2）?;
0.067。
2.【答案】（1）0.1
；?
（2）0.14?；0.10
；（3）0.40
【解析】
【分析】
本题主要考查实验：研究匀变速直线运动，解题的关键是熟悉实验原理和实验数据的处理方法。打点计时器两相邻计时点的时间间隔为0.02s，两计数点间的时间间隔为：；由中间时刻的速度等于平均速度求解B点的瞬时速度，由逐差法求解加速度，再结合运动学公式求解A点的速度。
【解答】
（1）因每两个计数点间还有4个点未画出，因此两个计数点的时间间隔为0.1s。
（2）==0.14m/s，根据，结合第三问逐差法所求的加速度数值，代入数据解得vA=0.10
（3）a=，代入数据a=0.40m/。
故答案为：（1）0.1；（2）0.14；0.10?；（3）0.40。
3.【答案】匀加速直线?
小于?
0.33
?
0.76
【解析】略
4.【答案】(1)　加速运动
(2)0.365
m/s?
(3)0.252
m/s
【解析】
【分析】本题主要考察用打点计时器测速度，通过计算得出物体速度和加速度。
(1)知道相邻的计数点之间的时间间隔相等，根据纸带上相邻点的距离间隔判断小车的运动情况。
?(2)应用平均速度公式求出平均速度。
(3)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,可以求出打纸带上B时小车的瞬时速度大小。
【解答】
(1)从A点开始相邻计数点间的时间间隔为T＝0.02×5
s＝0.1
s，每隔0.1
s纸带运动的位移分别是x1＝2.15
cm、x2＝2.89
cm、x3＝3.74
cm、x4＝4.32
cm、x5＝5.15
cm，间距逐渐增加，说明纸带做加速运动。
(2)A、F间纸带运动的平均速度为v＝＝?m/s＝0.365
m/s.
(3)B点的瞬时速度可以用AC段的平均速度表示，故vB＝AC＝＝?m/s＝0.252
m/s.
5.【答案】（1）左端?；（2）1.36；8.23；3.88；（3）偏小；（4）3
【解析】
【分析】
本题考查了实验数据处理与实验误差分析问题，知道匀变速直线运动的特点与推论是解题的前提与关键，应用匀变速直线运动的推论即可解题；平时要注意基础知识的学习与积累。
（1）小车做加速运动，所打点之间距离越来越大，由此可判断纸带的哪端与小车相连。
（2）做匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，据此求出打纸带上A点时小车的瞬时速度大小；做匀变速直线运动的物体在相邻相等时间间隔内的位移差相等，据此求出xDE的大小；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。
（3）根据电源频率变化导致打点时间间隔的变化分析实验误差。
（4）根据两段纸带数据求出丢失纸带上计时点的个数。
【解答】
（1）小车做加速运动，速度逐渐增大，计数点之间的距离越来越大，由图示纸带可知，小车与纸带的左端相连。
（2）做匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，设第一个计时点为O，
小车通过A点的瞬时速度vA==m/s
≈1.36m/s，
做匀变速直线运动的物体在相邻相等时间间隔内的位移差相等，
由图示纸带可知：EF-DE=FG-EF，即8.85cm-DE=9.47cm-8.85cm，
解得：DE=8.23cm，
由匀变速直线运动的推论公式Δx=at2可知，小车的加速度：
a==m/s2≈3.88m/s2；
（3）若电源实际频率60Hz，计算时仍按照50Hz计算，实际计算所用时间间隔t偏大，则速度大小的测量值比真实值偏小。
（4）做匀变速直线运动的物体在相邻相等时间间隔内的位移差相等，
由图示纸带可知Δx=x2-x1=5.74cm-5.12cm=0.62cm，
则xm-xn=（m-n）Δx，
由图示纸带可知：
xDE-xBC=8.23cm-6.36cm=1.87cm
3Δx=1.86cm
则DE、BC之间有两段相等时间的位移，
所以C、D两点之间有一个计数点，这个计数点和C、D之间又各有一个计时点，
故丢失的纸带上有3个计时点。
故答案为：（1）左端；（2）1.36；8.23；3.88；（3）偏小；（4）3。
6.【答案】（1）；；；（2）小。
【解析】
【分析】
（1）电源频率为，则相邻两个点之间的时间间隔为，由于相邻计数点之间还有4个点未画出，所以相邻计数点之间的时间间隔为；利用时间中点的速度等于平均速度即可求解；根据即可求解加速度；
（2）频率升高，则打点的时间间隔减小，根据即可判断速度的变化关系。
本题主要考查研究小车做匀变速直线运动的实验内容，要熟练掌握打点计时器的时间间隔计算，要熟练运用平均速度与瞬时速度之间的关系。
【解答】
（1）电源频率为，则相邻两个点之间的时间间隔为，由于相邻计数点之间还有4个点未画出，所以相邻计数点之间的时间间隔为；利用时间中点的速度等于平均速度即可求得；根据可得加速度为：，代入数据可得：；
（2）当交流电的频率变为时，打点的时间间隔减小，所以相邻计数点之间的时间间隔减小，根据可知速度回增大，而此时还是以对应的计数周期去计算，则测得的小车的速度值与真实值比较将偏小。
故答案为：（1）；；；（2）小。
7.【答案】(1)0.396;0.380;(2);
【解析】
【分析】
本题考查测匀变速直线运动的加速度实验;.纸带问题的处理是力学实验中常见的问题,计算要注意单位的换算；要知道相邻两个计数点之间的时间间隔。
利用匀变速直线运动的推论,利用某段内的平均速度等于该段内时间中点的瞬时速度来求某点的速度；利用位移差公式求加速度；光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替即v=,再根据运动学公式即可求出物体的加速度a。
【解答】
(1)
相邻的两个计数点间还有4个点没画出，则相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1s,
利用匀变速直线运动的推论有:
==m/s=0.396m/s.
由于相邻的计数点的位移之差相等,x=0.38cm,
根据a=得:a=m/s2=0.380m/s2
(2)由于遮光板通过光电门的时间很短,可以认为滑块在这很短的时间内做匀速运动,也就是说用这段时间内的平均速度代表
瞬时速度,
则有=,
根据2aL=-
解得:a=;
故答案为:(1)0.396;0.380;(2);。
8.【答案】?（1）BCDA；（2）1.9
m/s；2.0
m/s2?。
【解析】
【分析】
解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度，关键是匀变速直线运动推论的运用；对于基本仪器的使用和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它，自己动手去做做，以加强基本仪器的了解和使用。
（1）了解打点计时器的构造、工作原理、工作特点等，比如工作电压、打点周期等，掌握基本仪器的使用，能够正确的使用打点计时器；
（2）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，根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度。
【解答】
（1）实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，注意实验中应先接通电源开关、听到放电声，释放小车，拖动纸带运动，使用完毕后还要关闭电源。故正确的操作步骤为BCDA；
（2）打点的时间间隔为0.02s，相邻计数点间有4个计时点未标出，可知相邻计数点间的时间间隔为0.1s。
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则C点的瞬时速度为
根据△x=aT2得，加速度为
故答案为：（1）BCDA；（2）1.9
m/s；2.0
m/s2?。
9.【答案】①220交流
②DCBA
③0.1
④2.2
?⑤9.85
【解析】
【分析】
①电火花打点计时器使用220V交流电源；
②实验的步骤为先连接实验器材，后穿纸带，再连接小车，接通电源，后释放纸带，打点并选择合适的纸带进行数据处理；
③打点计时器的工作频率为，每隔打一次点，每相邻两点之间还有4个记录点未画出，即共5个0.02s，故；
④匀变速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度；
⑤根据即可求解。
本题主要考查匀变速直线运动的实验的装置和仪器的位置安装，要注意单位的换算；对于纸带的问题，我们要熟悉匀变速直线运动的特点和一些规律。
【解答】
①电火花打点计时器使用220V交流电源；
②先连接实验器材，后穿纸带，再连接小车，接通电源，后释放纸带，打点并选择纸带进行数据处理；故答案为DCBA；
③打点计时器的工作频率为，每隔打一次点，每相邻两点之间还有4个记录点未画出，即共5个，故；
④匀变速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，所以点的速度为：；
⑤根据可知，，代入数据可求得加速度为：。
故答案为：①220交流；②DCBA；③0.1；④2.2；⑤9.85。
10.【答案】（1）不需要
（2）匀变速?
?
0.496
【解析】
【分析】
（1）摩擦力会使小车合力发生变化，加速度发生不变，不会影响实验效果；
（2）相邻相同时间间隔位移之差相同，可得出物体做匀变速直线运动，由逐差法求出加速度。
本题考查探究小车速度随时间变化规律实验，关键是利用匀变速直线运动推论计算得出加速度。
【解答】
（1）本实验探究小车速度随时间变化规律，不需平衡摩擦力；
（2）相邻相同时间间隔位移之差相同，可得出物体做匀变速直线运动；
每相邻两计数点间还有4个打出的点，故T=0.1s，
有。
故答案为（1）不需要；（2）匀变速，0.496。
11.【答案】（1）交流电，?
0.02
?
；
（2）乙；?
（3）9.40
；
（4）重物受空气阻力的影响；纸带与限位孔摩擦阻力等。
【解析】
【分析】
本题考查用打点计时器测量重力加速度。解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度。关键是匀变速直线运动两个重要推论的运用。（1）电火花计时器的工作电压为220V的交流电，频率为50Hz，打点间隔为0.02s；
（2）纸带在重物的拉动下速度越来越大，相等时间内位移间隔越来越大，从而确定出纸带的哪一端与重物相连；
（3）根据连续相等时间内的位移之差是一恒量可求出加速度的大小；
（4）一般测得的重力加速度值会偏小，主要原因是因为阻力，纸带和打点计时器间的摩擦阻力、空气阻力等。
【解答】
（1）电火花计时器工作时选用220V的交流电源，频率为50Hz，打点间隔为0.02s；
（2）因为纸带速度越来越快，相等时间内的间隔越来越大，可知纸带的乙端与重物相连；
（3）根据匀变速直线运动的推论，得知：，则加速度为：；
（4）测量值与当地重力加速度的实际值有差异，经常是测得的重力加速度值偏小，主要原因是因为阻力，纸带和打点计时器间的摩擦阻力、空气阻力等。
故答案为：
（1）交流电，0.02；
（2）乙；?
（3）9.40；
（4）重物受空气阻力的影响；纸带与限位孔摩擦阻力等。
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