(新高考)高考物理一轮复习课时加练第1章　微专题7　实验：探究小车速度随时间变化的规律 (含解析)

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微专题7　实验：探究小车速度随时间变化的规律
1．求纸带某点瞬时速度vn＝.2.逐差法求加速度a＝.3.频闪照相(手机连拍)研究方法与纸带法相同，注意闪光时间.4.通过光电门的速度v＝.
1．在做“探究小车速度随时间变化的规律”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，各个计数点已经在纸带上标出，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f＝50 Hz的交流电源．


(1)该实验________补偿阻力，________满足钩码的质量远小于木块的质量(均选填“需要”“不需要”)．
(2)打下计数点6时纸带的速度v6＝________(用已知物理量字母x3、x4、f表示)；
(3)木块加速度为a＝________(用已知物理量字母x1、x2、x3、x4、f表示)；
(4)如果交变电流的频率f>50 Hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)．
答案　(1)不需要　不需要　(2)　(3)　(4)偏小
解析　(1)本实验是“探究小车速度随时间变化的规律”，即只需要测出木块运动的加速度和速度，而不需要测出合力的大小，故不需要补偿阻力，也不需要满足钩码的质量远小于木块的质量．
(2)相邻计数点有四个点没有画出，则两相邻计数点的时间间隔为t＝5T＝，根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，有v6＝＝.
(3)根据匀变速直线运动的判别式有x3－x1＝4a1t2
x4－x2＝4a2t2
可求得平均加速度为a＝＝.
(4)根据匀变速直线运动的判别式可知加速度的测量值为a＝＝Δx·，故频率f>50 Hz时，测量值的频率偏小，所以求得的加速度偏小．
2．(2023·湖北省高中名校联盟第一次联合测评)电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等，是一种电力驱动、具有自我平衡能力的新型绿色环保产品．某同学为了研究平衡车在平直水泥路面上的运动情况，设计了如下实验：将输液用的塑料瓶装适量水，连同输液管一起绑在平衡车的扶手上，调节输液管的滴水速度．某滴水刚落地时开始计时，从下一滴水落地开始依次计数为1、2、3…，当第50滴水刚好落地时停止计时，测得时间为25 s．该同学骑上平衡车后，先加速到某一速度，然后关闭动力，让平衡车沿着直线滑行．如图所示是某次实验中在水泥路面上的减速阶段水滴及测出的间距值，当地重力加速度g近似取10 m/s2，空气阻力忽略不计．根据该同学的测量结果可得出：(所有计算结果均保留两位有效数字)

(1)平衡车经过路面上相邻两水滴的时间间隔T＝________ s.
(2)平衡车减速过程的加速度大小a＝________ m/s2，运动到G点的速度大小v＝________ m/s.
(3)设平衡车运动过程中所受阻力的大小是人与车总重力的k倍，则k＝________.
答案　(1)0.50　(2)0.40　4.6　(3)0.040
解析　(1)平衡车经过路面上相邻两水滴间的时间间隔为T＝＝ s＝0.50 s.
(2)根据逐差法，可知加速度大小为a＝＝ m/s2＝0.40 m/s2
运动到G点的速度大小为vG＝＝ m/s＝4.6 m/s.
(3)由(2)知平衡车减速过程中的加速度大小为a＝0.40 m/s2
根据牛顿第二定律，有Ff＝kmg＝ma
解得k＝0.040.
3．(2023·安徽芜湖市质检)实验小组用图(a)所示的装置测量当地的重力加速度，由气垫导轨下的刻度尺测得光电门1、2之间的距离L＝1.500 m，遮光条通过光电门的时间可通过与光电门相连的数字计时器读出．测得滑块和槽码的质量分别为M1＝0.5 kg和M2＝1.0 kg.


(1)用游标卡尺测量该遮光条的宽度，如图(b)所示，则遮光条的宽度d＝________ cm.
(2)水平气垫导轨充气后，滑块由静止释放，运动过程中槽码未落地，记录滑块经过光电门1、2的遮光时间分别为1.8×10－3 s、0.9×10－3 s，则滑块经过光电门2的瞬时速度为______m/s(结果保留两位有效数字)．
(3)测出当地的重力加速度g＝________ m/s2(结果保留三位有效数字)．
答案　(1)0.450　(2)5.0　(3)9.38
解析　(1)依题意，游标卡尺读数为 4 mm＋10×0.05 mm＝4.50 mm＝0.450 cm.
(2)依题意，经过光电门2的速度为v2＝＝＝5.0 m/s.
(3)依题意，经过光电门1的速度为v1＝＝＝2.5 m/s
则滑块运动加速度为a＝＝6.25 m/s2
根据牛顿第二定律有M2g＝(M1＋M2)a
解得 g＝9.38 m/s2.
4.(2023·青海西宁市模拟)频闪摄影是研究物体运动常用的实验手段，在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置，如图所示是小球下落时的频闪照片示意图，已知频闪仪每隔0.05 s闪光一次，当地重力加速度大小为9.80 m/s2，照片中的数字是竖直放置的刻度尺的示数，单位是cm.利用上述信息可以求出：

(1)小球下落至C点时的速度大小为________ m/s(结果保留3位有效数字)．
(2)小球下落的加速度大小为________ m/s2(结果保留3位有效数字)．
(3)小球下落过程中所受空气阻力约为重力的________倍(结果保留2位小数)．
答案　(1)1.50　(2)9.60　(3)0.02
解析　(1)由于频闪照相的时间间隔相同，所以有vC＝＝1.50 m/s.
(2)小球做匀加速直线运动，故有
xBC－xAB＝a1T2
xCD－xBC＝a2T2
a＝
解得a＝9.60 m/s2.
(3)小球下落过程中有mg－Ff＝ma
解得Ff＝m(g－a)
所以＝≈0.02.
5．如图甲，将长直木板B支成斜面，挡光片P固定在小车C的前端，光电门G固定在木板的侧面A处．让小车在斜面上的同一位置O由静止释放，分别测得宽度Δx为2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm的不同挡光片的挡光时间Δt(每次实验时挡光片的前沿均与小车的前端对齐)，并计算出各次挡光片通过光电门的平均速度(＝)，画出－Δt图像如图乙．


(1)实验中挡光片的宽度是多少时，求得的速度最接近小车过A点时的瞬时速度________．
A．2 cm B．6 cm C．10 cm D．8 cm
(2)小车前端过A处的瞬时速度大小为________ m/s.
(3)小车的加速度大小为________ m/s2.
答案　(1)A　(2)0.380　(3)0.736
解析　(1)根据＝得挡光片宽度越小，越接近小车过A点时的瞬时速度，故选A.
(2)－Δt图像与纵坐标轴的交点为小车前端过A点的速度大小，因此根据－Δt图像有vA＝0.380 m/s.
(3)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可得挡光片通过光电门的平均速度＝vA＋aΔt，在－Δt图像中，图像的斜率大小等于小车的加速度的，则有
＝k＝＝ m/s2＝0.368 m/s2，
解得a＝0.736 m/s2.