2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册 2.4科学测量：作直线运动物体的瞬时速度 课时练（word解析版）

2.4科学测量：作直线运动物体的瞬时速度 课时练（解析版）
1．某同学仿照“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，利用如图所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度。
（1）如图是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带。把开头几个模糊不清的点去掉，以较清晰的某一个点作为计数点O，随后每打3个点取一个计数点依次标记为点A、B、C、D。测量出各点间的距离已标在纸带上。求打点计时器打出点B时重物的瞬时速度为___________m/s，物体做自由落体运动的加速度的值约为___________m/s2；（本题计算结果保留3位有效数字）
（2）若实际电源频率大于50Hz，测得B点速度___________（选填“偏大”“偏小”）。
2．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，要用到电火花打点计时器，其电源频率为。
（1）为完成本实验，下列器材中必须有的是（填编号）___________。
①天平 ②低压交流电源 ③刻度尺 ④秒表
（2）安装好实验装置后开始实验。实验中以下操作必需的是___________。
A．托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量
B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行
C．将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起
D．释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置
E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验
（3）某同学在实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻计数点之间还有四个点未画出。试根据纸带上各个计数点间的距离，（本题计算结果数值保留两位有效数字）
①算出打下D点时小车的瞬时速度为___________（保留三位有效数字）。
②计算出小车的加速度为___________（保留三位有效数字）。
（4）如果在测定匀变速直线运动的加速度时，由于频率波动，交流电源的实际频率略大于50Hz，则前面计算出的加速度值与真实值相比___________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
3．（1）某实验小组利用电磁打点计时器做“探究匀变速直线运动”的实验。
该小组按下图组装好器材，正准备闭合电键释放小车。请改正该图中的两处错误或不妥之处
①______________________________________________________________；
②______________________________________________________________。
（2）改正错误后该小组同学开始研究小车做匀变速直线运动的规律。从纸带上打出的点中选取某点O为参考点，再从某个合适的点开始在纸带上依次标记A、B、C、D四个计数点（相邻两计数点之间还有1个点未画出）。如图所示，因保存不当，纸带被污染，仅保留了O、A、C、D四个点，测量得到A、C、D三点到O点的距离分别为：、、。若电源频率，则小车的加速度表达式为____________（用、、和f表示）。打下B点时小车的速度_______（保留两位小数）。
（3）如果当时电网中交变电流的实际频率是，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值__________实际值（选填：大于、小于或等于）。
4．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A、、、、、、七个计数点，相邻两个计数点间还有4个点图中未画出，打点计时器接在周期为的交流电源上。
（1）计算点瞬时速度的公式为___________；（结果用字母表示）
（2）若测得，，求物体的加速度___________（结果保留三位有效数字）；
（3）如果当时交变电流的频率是，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比___________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
5．在做“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，取下一段如图所示的纸带研究其运动情况．设O点为计数的起始点，在四个连接的计数点中，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，若物体做理想的匀加速直线运动，则计数点A与起始点O之间的距离x1为________cm，打计数点A时物体的瞬时速度为________m/s，物体的加速度为________m/s2（结果均保留3位有效数字）。
6．某同学用图甲所示装置测量当地的重力加速度。挡板A和光电门B安装在铁架台上，调整光电门的位置，使光电门恰好位于挡板A的正下方。
（1）实验前，用游标卡尺测量小球的直径，测量结果如图乙所示，可知小球的直径___________。
（2）使小球贴着挡板A由静止释放，光电计时器记录下小球通过光电门B的时间t，测出挡板A与光电门B间的距离h，调整，多次重复上述过程，作出随h变化的关系图像，若图像是过原点的一条直线，且该直线的斜率为k，则当地的重力加速度大小___________（用题中所涉及的物理量的符号表示）。
7．在做“研究匀变速直线运动”的实验中：
（1）实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、天平、交流电源、复写纸。其中在本实验中不需要的器材是___________。
（2）如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔，其中、、、、、。
下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。
位置 B C D E F
速度 0.737 0.801 ___________ ___________ 0.994
（3）以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度-时间关系图线___________
8．在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm。相邻两计数点之间的时间间隔T=______s；C、E两点之间的平均速度是v=______m/s；小车的加速度a=______m/s2。
9．为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为的遮光条。滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一光电门的时间记为，通过第二个光 码电门的时间记为，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间记为。遮光条通过第一个光电门的速度________m/s；通过第二个光电门的速度________m/s；滑块的加速度________。
10．某同学用图1所示的装置研究小车做匀变速直线运动的特点。
（1）实验中，除打点计时器（含交流电源）、纸带、复写纸、小车、平板和重物外，在下面的器材中，必须使用的是___________（选填选项前的字母）。
A．毫米刻度尺 B．秒表 C．天平 D．弹簧测力计
（2）实验有如下两种计时器，图A叫作___________计时器，图B叫作___________计时器。
本次实验选择的打点计时器为图B，该计时器的工作电源为___________（选填“交流电”或“直流电”），电压为___________V。
（3）下列实验步骤的正确顺序是___________（用字母填写）。
A．关闭电源，取下纸带
B．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连
C．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
D．接通电源后，放开小车
（4）实验中获得的一条纸带如图2所示，在纸带上依次取O、A、B、C、D．．．若干个计数点，利用实验数据计算出打点时小车的速度v，以v为纵坐标，t为横坐标，做出如图3所示的v-t图象。根据图象求出小车的加速度a=___________m/s2（计算结果保留3位有效数字）。
11．利用打点计时器研究小车变速直线运动的实验，得到如图所示的一条纸带，在纸带上共取了、、、、、、七个计数点。相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。 从每一个计数点处将纸带剪开分成六条（分别叫、、、、、），将这六条纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在坐标系中，得到如图所示的直方图，最后将各纸带上端中心连起来，于是得到表示关系的图像。 已知打点计时器的工作频率为。
（1）为表示关系，图中的轴对应的物理量是时间，轴对应的物理量是速度。若纸条的长度为，则图中为______，为__________；因为各纸条上端中心连线是直线，所以可以直观地看出小车是做____________运动。
（2）在未剪断纸带时，量出相邻的计数点之间的距离分别为、、、、、。则小车的加速度__________，打下点时小车的速度为__________（结果保留两位有效数字）。
12．某同学用如图甲所示装置研究匀变速直线运动。当地的重力加速度为g。
（1）先用螺旋测微器测量滑块上固定的遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d=___________mm。
（2）调整气垫导轨至水平，使拉滑块的细绳与气垫导轨面平行。
（3）开通气源释放滑块，滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门的时间分为和，要计算滑块运动的加速度还需要测量___________（写出物理量及符号），根据测得的物理量求得滑块加速度a的表达式为___________。

参考答案
1．1.18 9.58 偏小
【详解】
(1)[1]打点计时器打出点B时重物的瞬时速度为
[2]物体做自由落体运动的加速度的值约为
(2)[3]若实际电源频率大于50Hz，则计算使用的时间间隔0.02s偏大，故测得B点速度偏小。
2．③ BDE 0.801（） 偏小
【详解】
（1）[1]实验中不需要天平；电火花计时器不需要低压交流电源；实验中需要用刻度尺；但是不需要秒表；故选③；
（2）[2]A．实验中不需要托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量，选项A错误；
B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行，选项B正确；
C．实验中不需要平衡摩擦力，即不需要将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起，选项C错误；
D．释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置，以充分利用纸带，选项D正确；
E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验，这样使得小车受到的摩擦力恒定，故E正确；
故选BDE。
（3）两个相邻计数点之间还有四个点未画出，则T=0.1s；
①[3]打下D点时小车的瞬时速度为
②[4]小车的加速度为

（4）[5]如果在测定匀变速直线运动的加速度时，由于频率波动，交流电源的实际频率略大于50Hz，则打点周期小于0.02s,计算时还用0.02s来计算，则计算出的加速度值与真实值相比偏小。
3．电磁打点计时器要使用低压交流电源 应调整滑轮高度使细线与桌面平行 小于
【详解】
（1）①[1]图中打点计时器使用的是直流电源，电磁打点计时器要使用低压交流电源；
②[2]应调整滑轮高度使细线与桌面平行。
（2）[3]若电源频率，每隔0.02s打一个点，由于相邻两计数点之间还有1个点未画出，故相邻两计数点之间的时间间隔为
根据公式，有
两式相加，可得
其中
，
联立解得，小车的加速度表达式为
[4]匀变速直线运动中，某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故打下B点时小车的速度为
（3）[5]根据可知，由于交变电流的实际频率为51Hz，而做实验的同学并不知道，仍按50Hz进行计算，则加速度的测量值小于实际值。
4． 1.35 偏大
【详解】
（1）[1]由匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于平均速度得
（2）[2]由逐差法可得加速度为
（3）[3]如果某次实验中，交流电的频率为49Hz，，那么实际打点周期变大，根据运动学公式
可得真实的加速度值会偏小，所以加速度的测量值与实际值相比偏大。
5．4.00 0.500 2.00
【详解】
[1]由匀变速直线运动的特点可得
xAB-x1=xBC-xAB
即
（10.00-x1）-x1=（18.00-10.00）-（10.00-x1）
解得
x1=4.00cm
[2]打计数点A时物体的瞬时速度
vA==m/s=0.500m/s
[3]打计数点B时物体的瞬时速度
vB==m/s=0.700m/s.
故物体的加速度
a==m/s2=2.00m/s2
6．0.96
【分析】
本题考查直线运动，目的是考查学生的实验能力。
【详解】
（1）[1]游标卡尺的主尺示数为，游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标尺的示数为
可得
（2）[2]小球通过光电门的速度大小
由自由落体运动规律有
可得
则有
解得
7．天平
【详解】
（1）[1]在本实验中不需要测量物体的质量，因此不需要天平；
（2）[2][3]根据匀变速直线运动某时刻的瞬时速度等于一段时间内的平均速度，所以有
（3）[4]利用描点法可画出速度时间图像
8．0.1 0.45 1.0
【详解】
[1]相邻两计数点之间还有四个点未画出，故打相邻两计数点的时间间隔为
t=0.02×5=0.1s
[2]C、E两点之间的平均速度为
[3]根据逐差法可知，物体的加速度为
9．0.1 0.4 0.12
【详解】
[1] 遮光条通过第一个光电门的速度
[2] 通过第二个光电门的速度
[3] 滑块的加速度，根据
10．A 电磁打点 电火花打点 交流 220V CBDA 1.46（1.45～1.47均可）
【详解】
（1）[1]本实验通过研究纸带上点迹分布情况分析小车的运动，所以需要用刻度尺测量计数点间的距离，A选项正确；
（2）[2][3][4][5]打点计时器由两种，分别是电磁打点计时器和电火花打点计时器；电磁打点计时器用6V以下交流电源，电火花打点计时器用220V交流电源；
（3）[6]本实验步骤的正确顺序是CBDA；
（4）[7]由v-t图象的斜率可得加速度
11．0.25 0.5 匀变速直线运动 0.42 0.53
【详解】
（1）[1][2]由于相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，所以相邻的两个计数点之间的时间间隔为T=0.1s，则图中的时间t3为
速度v3为
[3]因为各纸条上端中心连线是一条倾斜的直线，所以可以看出小车是做匀变速直线运动。
（2）[4]小车的加速度为
[5]打下点时小车的速度为
12．0.730 两光电门间的距离L
【详解】
（1）[1]螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为
所以遮光条的宽度
（3）[2][3]根据运动学公式可知，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是两光电门间的距离L；滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，则滑块的加速度