2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律提升优化练习-2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律提升优化
一、单选题
1.在“用单摆测定重力加速度”的实验中，要用铁夹夹住摆线，这样做的主要目的是
（??
）
A.?便于测量单摆摆长??????????????????????????????????????????????B.?便于测量单摆周期
C.?确保摆动时摆长不变???????????????????????????????????????????D.?确保摆球在竖直平面内摆动
2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中正确的是（?
）
A.?长木板一定要水平摆放???????????????????????????????????????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，要估读到最小刻度的下一位??????????D.?作v-t图象时，所描线必须经过每一个点
3.物体在做匀减速直线运动时，下列说法正确的是（??
）
A.?加速度越来越小??????B.?速度随时间均匀减小??????C.?位移随时间均匀增加??????D.?位移随时间均匀减小
4.一辆汽车由静止开始做匀加速运动，经ts速度达到v，立即刹车做匀减速运动，又经2ts停下，汽车在加速阶段与在减速阶段
①速度变化量的大小相等
②加速度的大小相等
③位移的大小相等
④平均速度的大小相等
上面四种说法中正确的是（??
）
A.?①②?????????????????????????????????????B.?②③?????????????????????????????????????C.?③④?????????????????????????????????????D.?①④
5.用速度传感器研究匀变速直线运动的实验中，测得小车经过各时刻的瞬时速度如下：
?
时刻（s）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
瞬时速度（cm/s）
44.0
62.0
81.0
100.0
118.0
138.0
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=
算出加速度
B.?根据实验数据画出v﹣t图象，量出其倾角θ，用公式a=tanθ算出加速度
C.?根据实验数据画出v﹣t图象，由较远两点所对应的速度及时间，用公式a=
算出加速度
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
6.竖直上抛一小铁球，小铁球上升到最高点后自由下落，穿过湖水并陷入湖底的淤泥中．不计空气阻力，取向上为正方向，在下列图象中最能反映小铁球运动情况的是（??
）
A.?????????????????B.?????????????????C.?????????????????D.??
?
7.在用打点计时器探究匀变速直线运动的速度随时间变化规律的实验中，获得的一段纸带如图所示，A、B、C、D为相邻的四个计数点，已知AB=1.80cm，BC=2.00cm，CD=2.20cm，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s．关于该实验，下列说法正确的是（??
）
A.?相邻两计数点间的时间间隔为0.1
s是用秒表测出的??????????B.?实验时应先释放小车再接通电源
C.?打点计时器打C点时，小车的速度为0.42
m/s??????????D.?小车运动的加速度是0.2
m/s2
8．关于有效数字和误差，下列说法正确的是（　　）
A．有三位有效数字
B．与含义是一样的
C．多测几次求平均值可减小系统误差
D．测出物体长为，采用测量工具的最小刻度是1厘米
9．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各点的瞬时速度，描点作图后，关于加速度的计算，下列说法正确的是（　　）
A．根据任意两个计数点的速度，用公式算出加速度
B．根据实验数据画出v-t图像，量出图线的倾角θ，由公式算出加速度
C．根据实验数据画出v-t图像，选取图线上相距较远的两个点，用公式算出加速度
D．依次选择2个计数点速度计算出多个加速度，然后算出这些加速度的平均值
10．如图所示，为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为4.0
cm的遮光板．滑块向右做匀加速直线运动依次通过两个光电门A和B.光电门上的黑点处有极细的激光束，当遮光板挡住光束时开始计时，不遮挡光束时停止计时．现记录了遮光板通过第一个光电门所用的时间为Δt1＝0.30
s，通过第二个光电门所用的时间为Δt2＝0.10
s，光电门从第一次计时结束到第二次计时开始经历的时间为Δt3＝0.30
s，则滑块的加速度大小应为(　　)
A．0.67
m/s2
B．0.14
m/s2
C．0.54
m/s2
D．0.22
m/s2
11．在“研究匀变速直线运动”实验中，某实验小组实施了以下实验步骤，其中有错误的步骤是(　　)
A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路
B．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面
C．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复两次
D．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位.在选好的起始点下面记作0，第六个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离，根据公式求出a
12．打点计时器使用的交流电频率为50
Hz，在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，若交流电的频率变小了而未被发现，则测得小车的速度值与真实值比较将（　　）
A．偏大
B．偏小
C．无影响
D．无法判断
13．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50
Hz)，得到如图K5－2所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是(　　)
图K5－2
A．实验时应先放开纸带再接通电源
B．(x6－x1)等于(x2－x1)的6倍
C．从纸带可求出计数点B对应的速率
D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02
s
14．一个弹性小球由静止从一定高度落至地面被反弹回原来的位置，若取竖直向下为正方向，下面v—t图象能描述该过程中小球速度随时间变化的是
（）
A．
B．
C．
D．
15．下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是（　　）
①启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点
②关掉电源
③取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数若干个点，如果数出n个点，这些点划分出的间隔数是（n-1），由此计算出纸带从第1个点到第n个点的运动时间
④把纸带装好
⑤了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上
⑥用刻度尺测量出从第1个点到第n个点的距离．
A．⑤④①②③⑥
B．⑤④①③⑥②
C．⑤④①⑥③②
D．⑤④①②⑥③
二、综合题
16.某同学在“探究匀变速直线运动”实验中得到如下图所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50Hz,每隔4个点取一个计数点,各计数点到A点的距离如图所示,则由纸带可知(结果均保留三位有效数字)
（1）C点的速度
=
________m/s；
（2）物体运动的加速度a=________m/s2
.
17.某同学利用图(a)的装置测量当地的重力加速度,框架竖直部分上装光电门M和N,其旁竖一刻度尺,零刻度线在上端；框架水平部分用电磁铁吸住一小钢球.切断电源,小钢球由静止下落,当小球经过光电门时光线被遮挡,光电传感器会输出高压电.某次实验中,测得M、N两光电门对应的刻度分别是
,传感器的输出电压波形如图(b)所示,小球的直径为
,则:
（1）小球经过光电门M时的速度为________(用物理量的符号表示)；
（2）可求得当地的重力加速度为________(用物理量的符号表示).
18.小明用如图甲所示的装置来探究匀变速直线运动的速度与位移的关系．将倾角为θ的斜面体固定在实验台上，光电门固定在斜面体上．先用游标卡尺测出钢球直径D，然后将小球从斜面上的不同位置由静止释放，记录小球通过光电门的时间t，测出释放点到光电门的距离s．
（1）若用20分度的游标卡尺测得小球的直径D，读数如图乙所示，则D=________mm；
（2）小明用小球通过光电门的平均速度表示小球球心通过光电门的瞬时速度，通过分析可知小球通过光电门的平均速度________小球球心通过光电门的瞬时速度（填“＞”或“＜”），由此产生的误差________通过增加实验次数减小（填“能”或“不能”）．
答案解析
1.【答案】
C
【解析】用铁夹牢摆线，是为了防止摆动过程中摆长发生变化，如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时，方便调节摆长，C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
【分析】固定摆线，目的是方便、准确测量摆线的长度。
2.【答案】
C
【解析】实验过程中，一般长木板应平放，不能侧向倾斜，但适当一端高一端低，也是可以的，A错误；使用刻度尺测长度时，需要估读，B错误、C正确；作v-t图象时，若各点与直线拟合，则作直线并使直线经过尽量多的点，D错误。
故答案为：C
【分析】A、实验操作中的注意事项；B、测量时刻度尺读数；C、刻度尺正确读数；D、怎样正确做出v-t图象。
3.【答案】
B
【解析】汽车做匀减速直线运动，所以加速度保持不变，A不符合题意；物体做匀减速运动，说明在单位时间内速度的减小量相同，即速度随时间均匀减小，B符合题意；物体运动方向不变，所以物体的位移始终增加，但不均匀，CD不符合题意。
故答案为：B
【分析】匀减速直线运动，速度均匀减小，加速度保持不变，位移随时间不断增加，不是均匀增加。
4.【答案】
D
【解析】解：由题意知，速度变化量的大小相等，根据a=
知，加速度的大小不等．根据
知，加速阶段和减速阶段的平均速度相等，根据
，知位移不等．故D正确，A、B、C错误．
故选D．
【分析】通过速度变化量的大小，通过加速度的定义式比较加速度的大小．根据平均速度的公式比较位移的大小．
5.【答案】
C
【解析】解：A、方法A虽能求出其加速度，由于只利用了其中的两组数据，偶然误差较大，故A错误．
B、作图法是求物体加速度的一个行之有效的方法，具有减小偶然误差的效果，但方法B也是不用的，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，再加上测量角度时测量误差较大，故不能被采用，故B错误．
C、根据实验数据画出v﹣t图象，由图线上较远两点所对应的速度及时间，用公式
算出加速度，选较远的两点可以减小误差，故C正确．
D、方法D也具有方法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错误．
故选：C．
【分析】了解研究匀变速直线运动的实验中实验数据处理各种方法，知道最能减小误差的研究方法．图象法是我们物理实验中常用来研究问题的方法．
6.【答案】
A
【解析】物体在竖直上升过程中物体的速度竖直向上,即速度大于0,此时物体的加速度大小为a1=g，方向竖直向下，做匀减速直线运动，v?t图象是向下倾斜的直线；
?
?到达最高点后做自由落体运动,速度方向竖直向下,即速度小于0,此时物体的加速度大小为a2=g，方向竖直向下，做匀加速直线运动，v?t图象也是向下倾斜的直线；
?
?由上可知，进入湖水之前物体的加速度保持不变，速度图象的斜率保持不变。
铁球进入湖水后受到湖水的阻力作用,但重力大于阻力,加速度向下,但加速度a3在淤泥中运动的时候速度仍向下，即速度小于0，但淤泥对球的阻力大于铁球的重力，所以加速度方向竖直向上，故物体做减速运动，最终停止，即速度为0。故A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A
【分析】速度图象中速度大于0表示物体沿正方向运动，速度小于0表示物体沿负方向运动；速度图象的斜率表示物体运动的加速度；斜率的绝对值越大代表物体的加速度越大．
7.【答案】
D
【解析】解：A、他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，并不是秒表测量出的，故A错误；
B、实验时应先接通电源，再释放小车，故B错误；
CD、利用匀变速直线运动的推论得：
vC=
=
?m/s=0.21m/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，
得：a=
=
=0.2m/s2
，
故C错误，D正确；
故选：D．
【分析】时间间隔是打点计时器的设定，为了使纸带记录下小车运动的全过程，应先接通电源，再释放小车。
8．D
【解析】A．有效数字是从左边第一个不是0的数字开始的，0.082cm是两位有效数字，A错误；
B．0.92cm是两位有效数字，采用的测量工具的最小刻度是1mm，而0.920cm是三位有效数字，采用的测量工具的最小刻度是0.1mm，它们的含义是不同的，B错误；
C．多测几次求平均值，可以减小偶然误差，不能减小系统误差，C错误；
D．测出一个物体长为123.6cm，最后一位是估读的，而倒数第二位3cm是准确的，所以采用的测量工具的最小刻度是1厘米，D正确。
故选D。
9．C【解析】AC．实验中有偶然误差，通过图像法处理数据可以减小偶然误差，选择图线上较远的两个点进行计算可以减小误差，选项A错误，C正确；
D．依次选择2个计数点速度计算出多个加速度再求平均值，列式后发现多个数据在运算中被抵消，只有初末数据被利用，选项D错误；
B．图线倾角的大小与坐标轴的标度、单位有关，速度-时间图像中图线的倾角的正切值很多时候不具有实际意义，选项B错误。
故选C。
10．C【解析】遮光板通过第一个光电门的平均速度大小为
v1＝＝m/s≈0.13
m/s
这个速度就是滑块通过第一个光电门中间时刻的速度，即计时0.15
s时的瞬时速度；遮光板通过第二个光电门的平均速度大小为
v2＝＝m/s＝0.4
m/s
这个速度就是通过第二个光电门中间时刻的速度，即第二个光电门计时0.05
s时的瞬时速度；因此加速度大小为
a＝＝m/s2＝0.54m/s2
A．0.67
m/s2与分析不符，故A项错误；
B．0.14
m/s2与分析不符，故B项错误；
C．0.54
m/s2与分析相符，故C项正确；
D．0.22
m/s2与分析不符，故D项错误。
11．C【解析】A.
把附有滑轮的长木板放在实验桌上，由于小车通过细绳连接重物且跨过定滑轮，所以要使滑轮伸出桌面，为了更好的利用纸带的长度，所以把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，故A项与题意不相符；
B.
再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，为了使得小车的速度不会太快，所以下边挂上合适的钩码且每次必须由静止释放小车，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面，故B项与题意不相符；
C.
把小车停在靠近打点计时器处，接通交流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复两次，故C项与题意相符；
D.为了减小测量误差，应去掉开头比较密集的点和每5个点取一计数点，故D项与题意不相符．
12．A【解析】打点计时器打点的频率是由电源的频率决定的，且打点的频率等于电源的频率。当交流电电源的频率为50
Hz时，打点计时器每隔0.02
s打一个点；当交流电电源频率低于50
Hz时，打点计时器打点的时间间隔将大于0.02
s，计算速度时如果仍按0.02
s计时，由v＝可知，因测量值t小于真实值，故导致测量出的速度大于真实值。
故选A。
13．C【分析】
根据匀变速直线运动的推论公式、可以求出加速度的大小，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，可以求出打纸带上某点的瞬时速度大小.
【解析】A．在“研究匀变速直线运动”的实验中，实验时应先接通电源再放开纸带，故A错误．
B．根据匀变速直线运动的推论公式与可得：
，即：；即等于的5倍，故B错误．
C．B点为A与C点的中间时刻，有vB＝，故C正确．
D．由于相邻两计数点之间还有4个点没有画出，所以时间间隔为0.1
s，故D错误．
【点晴】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用；本题要抓住打点计时器的周期性，根据相邻计数点间的距离关系，判断物体的运动情况．
14．A【解析】小球由静止从一定高度落至地面做匀加速直线运动，反弹回原来的位置，速度为负，做匀减速直线运动。
A.A项图与上述分析结论相符，故A正确；
B.B项图与上述分析结论不相符，故B错误；
C.C项图与上述分析结论不相符，故C错误；
D.D项图与上述分析结论不相符，故D错误。
15．A【解析】在使用打点计时器时应先进行安装，即步骤⑤；然后安装纸带即④；然后开始实验，要先开电源，再拉动纸带，即进行步骤①；然后关掉电源进行数据处理，故进行步骤②；数据处理时先数出点数，再测量长度，故为③、⑥；故正确的步骤为⑤④①②③⑥，A正确．
故选A。
16.【答案】
（1）0.872
（2）1.68
【解析】C点的速度vC=
=
=0.872m/s；加速度a=
=1.68m/s2。
【分析】（1）利用平均速度公式可以求出C点的速度大小；
（2）利用邻差公式可以求出加速度的大小。
17.【答案】
（1）
（2）
【解析】
，由
得：
，解得：
【分析】（1）利用平均速度公式可以求出小球过光电门的速度；
（2）利用速度位移公式可以求出重力加速度的大小。
18.【答案】
（1）10.55
（2）＜；不能
【解析】解：（1）游标卡尺的主尺读数为10mm，游标读数为0.05×10mm=0.50mm，则小球的直径D为10.50mm．（2）根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差不能通过增加实验次数减小．
故答案为：（1）10.55，（2）＜，不能．
（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．
（2）根据匀变速直线运动的规律比较钢球通过光电门的平均速度和球心通过光电门的瞬时速度大小．