高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律当堂检测题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律当堂检测题，共10页。试卷主要包含了实验，1 s的若干计数点进行测量．，50 cm，15 cm－10，85×10-22×0，00 cm，A、C之间的距离为等内容，欢迎下载使用。
新课程标准
1．掌握实验原理及步骤，会处理实验数据，知道实验应注意的事项．
2．能分析实验数据，发现总结小车的运动规律，形成结论，能根据v­t图像描述小车的运动规律．
3．能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思．
核心素养目标
实验必备·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、实验思路
1．实验目的
(1)进一步练习使用打点计时器．
(2)会利用平均速度求瞬时速度．
(3)会利用v ­ t图像处理实验数据，并由图像计算小车的加速度和判断小车的运动情况．
2．实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、复写纸、导线、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、________、交流电源．
3．实验思路
如图所示，把一端带有________的长木板平放在实验桌上，木板上放一个可以左右移动的________，小车一端连接穿过打点计时器的________，另一端连接绕过滑轮系有________的细绳．小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化情况．
二、进行实验
1．把附有滑轮的________放在实验台上，并使滑轮伸出桌面，把________固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示．
2．把小车停在________(选填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置．先________________，后________(选填“启动打点计时器”或“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行小点．随后，立即关闭电源．
3．换上新纸带，并增减所挂________(或在小车上放置重物)，再做两次实验．
三、数据记录及数据分析
1．采集数据
从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉纸带开头一些过于________的点，找一个适当的点作为计时起点．可选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量．
如图所示，先测量出各个计数点到计时起点的距离x1、x2、x3、x4、x5…，再计算出相邻的两个计数点间的距离：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，….
2．求各计数点的瞬时速度
(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝________，v2＝________，…
T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每隔四个点取一个计数点(相邻两个计数点之间还有四个点)，则T＝0.1 s.
(2)设计表格并记录相关数据
3．数据分析
(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．
(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如右图所示．
(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．
(4)根据所画v­t图像求出小车运动的加速度a＝________．
四、注意事项
1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．
2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．
3．打点完毕，立即断开电源．
4．为避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前应及时用手按住．
5．选取一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分．适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．
6．在坐标纸上画v­t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内．
精析典例·素养提升——突出综合性 素养形成
类型一 实验器材及实验操作
典例示范
例1 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，
(1)除电火花计时器(含纸带、墨粉盘)、小车、一端带有定滑轮的长木板、细绳、槽码、导线和开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有________．
A．220 V交流电源
B．电压可调的直流电源
C．刻度尺
D．停表
E．天平
(2)下列实验操作步骤中，有明显错误的是________．
A．将电火花计时器固定在长木板上，纸带固定在小车尾部并穿过电火花计时器限位孔
B．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面悬挂适当质量的槽码
C．将小车移至靠近定滑轮处
D．放开纸带，再接通电源
针对训练1 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，
(1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是________．
(2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上________．
A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
B．把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并连好电路
C．换上新的纸带，再重做两次实验
D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动
F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的槽码
G．断开电源，取出纸带
针对训练2 如图甲所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”．
(1)图乙中的实验照片中是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在．
(2)下列哪些措施能有助于减小实验的误差________．
A．选用输出电压稳定性更佳的恒定电源
B．选用输出电压变化周期更稳定的交变电源
C．调节滑轮高度，使拉线与长木板平行
D．实验中满足槽码质量m远小于小车的质量M
E.实验前先平衡小车与木板间的摩擦力
类型二 实验数据处理
典例示范
例2 [利用纸带研究物体的运动]如图所示是某同学用打点计时器研究小车运动规律时得到的一段纸带，根据图中的数据，计算小车在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判断小车运动的性质．(电源的频率为50 Hz)
判断小车运动情况的方法
(1)直接由纸带上打出的点的疏密程度粗略判断；
(2)先算出各段的平均速度，再由平均速度的大小判断；
(3)利用所画的v ­ t图像，直接判断．
例3 [利用纸带计算速度和加速度]
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
(1)如图甲所示，所用计时器的工作电压为________；
A．直流220 V B．交流220 V
C．直流6 V D．交流8 V
(2)某次实验得到如图乙所示的一条清晰纸带，截取了其中一段用刻度尺(单位：cm)进行测量，在纸带上标注了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每两个点迹标注一个计数点)，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取计数点A对应时刻为0.其中计数点E所在位置的刻度尺读数为________cm，小车加速过程中DF段的平均速度为________m/s(计算结果保留两位有效数字)，用这一速度表示小车通过E点时的瞬时速度，并将其描点在坐标纸(下图)上(其中B、C、D、F四个点已描点完成)．请同学们在坐标纸上拟合图线，并求解小车运动的加速度大小a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)．
针对训练3 做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验．
(1)用一条纸带穿过计时器，该同学发现有图甲中的两种穿法，感到有点犹豫．你认为________(选填“A”或“B”)的穿法效果更好．
(2)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图乙，B点的读数是________cm，已知打点计时器每0.02 s打一个点，则B点对应的速度vB＝________m/s(vB结果保留三位有效数字)．
(3)某实验小组中的四位同学利用同一条纸带的数据作v ­ t图像，分别作出了如图所示的四幅v ­ t图像，其中最规范的是________．
评价检测·素养达标——突出创新性 素养达标
1.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列方法有助于减小实验误差的是( )
A．选取计数点，把每打5个计时点的时间间隔作为一个时间单位
B．使小车运动的加速度尽量小些
C．舍去开始时纸带上密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量、计算
D．尽量减少挂在细绳下槽码的个数
2．(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列关于作出v­t图像的说法中，正确的是( )
A．只要确定了v­t图像中的两点，就可以得出小车运动的v­t图像，因此，实验只需要测出两组数据
B．作v­t图像时，所取的点越多，图线就越准确
C．作出的v­t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以
D．对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去
3．如图甲是某同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时获得的一条纸带．
(1)打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出．试根据图中提供的数据，推算出对应F点的速度vF＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)．
(2)图乙是该同学根据纸带上的数据，作出的v­t图像．
根据图像，t＝0时的速度v0＝________m/s，加速度a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)．
4．如图甲所示，用打点计时器记录小车的运动情况．小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动．所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位：cm)如图乙所示，纸带上相邻两点间时间间隔为0.02 s.
(1)计算打点计时器打出点2、3时小车的速度大小，填入表中；
(2)在平面直角坐标系中作出小车在薄布上运动的v­t图像：
(3)小车在玻璃板上运动的速度大小为________m/s.
第二章 匀变速直线运动的研究
1．实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验必备·自主学习
一、
2．刻度尺
3．定滑轮 小车 纸带 槽码
二、
1．长木板 打点计时器
2．靠近 启动打点计时器 放开小车
3．槽码
三、
1．密集
2．(1)Δx1+Δx22T Δx2+Δx32T
3．(4)ΔvΔt
精析典例·素养提升
类型一
【例1】 【解析】 (1)使用电火花计时器时需要用220 V的交流电源，可以用来计时，不需要停表；处理纸带时需要用刻度尺测量长度；实验中不需要测量质量，故选A、C.
(2)实验操作时，将接好纸带的小车停在靠近电火花计时器处，先接通电源，再释放纸带．故C、D错误，A、B正确．C、D符合题意．
【答案】 (1)AC (2)CD
针对训练1 解析：(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表．
(2)根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC.
答案：(1)弹簧测力计、停表 (2)DBFAEGC
针对训练2 解析：(1)照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源．照片B：实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远．
(2)选用输出电压稳定性更佳的稳定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交变电源可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足槽码的质量m远小于小车的质量M，也不需要实验前先平衡小车与木板间的摩擦力，D、E错误．
答案：(1)见解析 (2)BC
类型二
【例2】 【解析】 先明确相邻计数点间的时间间隔，然后利用平均速度公式v＝ΔxΔt求解，得vAB＝x1t1＝1.90×10-25×0.02 m/s＝0.19 m/s；vBC＝x2t2＝2.40×10-22×0.02 m/s＝0.60 m/s；vCD＝x3t3＝1.20×10-20.02 m/s＝0.60 m/s；vDE＝x4t4＝2.38×10-22×0.02 m/s＝0.595 m/s≈0.60 m/s.
由以上计算数据可以判断出在误差允许的范围内，小车运动的性质是先加速运动后匀速运动．
【答案】 先加速运动后匀速运动
【例3】 【解析】 (1)电火花计时器的工作电压为220 V交变电源，而电磁打点计时器工作电压约为8 V交变电源，图中为电火花计时器，故B正确．
(2)计数点E所在位置的刻度尺读数为14.50 cm.
DF段的位移xDF＝19.15 cm－10.30 cm＝8.85 cm，
则小车在DF段的平均速度v＝xDF2T＝8.85×10-22×0.04 m/s≈1.1 m/s.
根据描点作图，v­t图像如答图所示，a＝ΔvΔt＝1.22-0.7020×10-2-2.4×10-2 m/s2≈3.0 m/s2.
【答案】 (1)B (2)14.50 1.1 如图所示 3.0
针对训练3 解析：(1)纸带应穿过打点计时器的限位孔，压在复写纸下面，据图甲可知B穿法正确．
(2)由图可知，B点的读数为3.00 cm，A、C之间的距离为：xAC＝5.90 cm－0.50 cm＝5.40 cm，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B点瞬时速度的大小为vB＝xAC2T＝5.4×10-22×0.02 m/s＝1.35 m/s.
(3)描绘图像时取坐标单位的时候不能随意，要使得大部分点落在整个坐标区域中，描完点后，先大致地判断这些点是不是在一条直线上，然后画一条直线，让这些点均匀地散落在这条直线的两侧，故A正确，B、C、D错误．
答案：(1)B (2)3.00 1.35 (3)A
评价检测·素养达标
1．解析：实验中应区别打点计时器打出的点迹与人为选取的计数点，通常每5个计时点选1个计数点，这样计数点间的距离大些，测量位移时相对误差较小，A正确；小车的加速度应适当大一些，从而使纸带上计数点间的距离较大，测量的误差较小，B错误；舍去开始时纸带上密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量，这样测量的误差较小，C正确；使挂在细绳下槽码的个数适当，使实验既可以打出足够多的点，又可以让计数点间的位移比较大，有利于减小误差，D错误．
答案：AC
2．解析：作v­t图像时，选取的点越多，作出的图线越准确，但由于实验存在误差，实验时得到的各点不可能全部在同一直线上，因此，应使落不到直线上的点均匀分布在直线的两侧，以减小实验误差．
答案：BD
3．解析：(1)vF＝xEG2T，其中T＝0.02 s，代入可解得vF＝0.70 m/s.
(2)v­t图像与纵轴的交点为t＝0时的速度v0＝0.20 m/s，加速度a＝ΔvΔt＝0.70-0.2010×10-2 m/s2＝5.0 m/s2.
答案：(1)0.70 (2)0.20 5.0
4．解析：(1)根据题图乙可得v2＝1.4+1.22×0.02 cm/s＝65 cm/s＝0.65 m/s，v3＝1.2+1.02×0.02 cm/s＝55 cm/s＝0.55 m/s.
(2)以速度为纵坐标，以时间为横坐标建立直角坐标系．用描点法作出小车在薄布上做减速运动的v­t图像．将图线延长，使其与两坐标轴相交，如图所示．
(3)由图像可知，小车做减速运动的初速度为0.85 m/s，即小车在玻璃板上运动的速度大小为0.85 m/s.
答案：(1)0.65 0.55 (2)图见解析 (3)0.85
科学思维
会利用平均速度求解瞬时速度；能根据实验数据求解加速度．
科学探究
会设计小车速度随时间变化的实验方案，能根据实验数据画出v­t图像，能基于实验数据求出物体运动的加速度．
位置编号
0
1
2
3
4
5
6
…
时刻t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
v/(m·s－1)
计数点序号
1
2
3
4
5
速度
vn/(m·s－1)
0.75
____
____
0.45
0.35