高教版（2021）第六节 学生实验：测量运动物体的速度和加速度精品当堂达标检测题

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1．用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1＝30 ms，通过第二个光电门的时间为Δt2＝11 ms，已知遮光板的宽度为3 mm，滑块通过第一个光电门的速度大小为（ ）

A．0.1 m/sB．0.2 m/sC．0.3 m/sD．0.4 m/s
【答案】A
【详解】滑块通过第一个光电门的速度大小为
故选A。
二、解答题
2．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板，滑块匀加速通过两个光电门，数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为，遮光板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间隔为。求：
（1）滑块通过两个光电门的平均速度各为多大?
（2）估算滑块的加速度大小?
（3）估算滑块在两个光电门之间的平均速度大小?

【答案】（1）0.10m/s ，0.20m/s；（2）0.025m/s2；（3）0.15m/s
【详解】（1）由题
通过第一个光电门的平均速度
通过第二个光电门的平均速度
（2）根据加速度定义可知，则加速度
（3）根据匀变速直线运动的规律可得平均速度
三、实验题
3．某实验小组利用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律， 探究加速度与合外力的关系， 进行以下重要操作。根据实验要求，完成以下各空的解答：

（1）调节气垫导轨水平，充气后可视为光滑水平轨道。牵引滑块的细绳跨过定滑轮，调节使细线平行于气垫导轨
（2）测出滑块上固定的遮光条宽度为d
（3）测出固定在气垫导轨上两光电门1和2的距离为L
（4） 保持滑块和遮光条的质量 M不变，通过细绳甲悬挂钩码（其总质量为m），充气后释放滑块，当M m（填“远大于”，“远小于”，“等于”）时，滑块所受的拉力可认为与悬挂钩码的重力相等。
（5）释放滑块，记录遮光条通过光电门1和 2的时间分别为t1和 t2，计算出滑块通过光电门1和2的速度，其中滑块通过光电门1的速度 v1= ，通过以上数据计算滑块的加速度 a= （计算结果用 d、L、t1、t2来表示）
（6）增加悬挂钩码的个数，记录每一次对应的加速度 a和悬挂钩码的重力F，作出a-F图像如图乙， 根据a-F图像得出结论， 滑块的加速度与所受的合外力成 关系（填“反比”，“正比”）

【答案】 远大于 正比
【详解】（4）[1]根据受力分析可得
可得
当时，滑块所受的拉力可认为与悬挂钩码的重力相等。
（5）[2]滑块通过光电门1的速度为
[3]滑块通过光电门2的速度为
根据动力学公式有
解得滑块的加速度为
（6）[4]a-F图象为一条直线，可知滑块的加速度与所受的合外力成正比。
4．如图为测定滑块在气垫导轨上运动加速度的实验装置，滑块上安装宽度为d的遮光板，释放重物后滑块先后通过光电门A、B，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过光电门A、B的时间分别为△tA，和△tB，，用米尺测得两光电门之间的距离为s。则：

（1）滑块通过光电门A、B的速度分别为 和 ；
（2）物块的加速度a用d、s、△tA，和△tB，表示为a= 。
【答案】
【详解】（1）[1][2] 遮光片的宽度较窄，可用遮光片通过光电门的平均速度代替遮光片通过光电门的瞬时速度，所以滑块通过光电门A的速度
滑块通过光电门B的速度
（2）[3] 根据匀变速直线运动的速度—位移公式得，加速度为
5．某实验兴趣小组用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，在已调水平的气垫导轨上由静止释放连接着槽码的滑块，数字计时器分别记录了遮光条通过光电门1的时间、通过光电门2的时间和从开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间间隔t。遮光条宽度为d，槽码质量为m，含遮光条的滑块质量为M。

（1）滑块经过光电门2的速度大小v2= ，滑块的加速度大小a= 。（用题目给定的物理量符号表示）
（2）关于实验操作的注意事项，下列说法正确的是 。
A．为补偿滑块受到的阻力，气垫导轨右端应适当垫高
B．若在研究滑块加速度与合力关系时，可以任意改变槽码质量
C．实验过程中必须确保细线与气垫导轨平行
【答案】 C
【详解】（1）[1]滑块经过光电门2的速度大小
[2]滑块的加速度大小
（2）[3] A．气垫导轨的摩擦力很小，不需要平衡摩擦力，只需调平气垫导轨即可，故A错误；
B．若在研究滑块加速度与合力关系时，需控制滑块总质量不变，故放置的槽码质量不变，故B错误；
C．为减少实验误差，应调整细线与气垫导轨平行，以保证细线的拉力等于滑块受到的摩擦力，故C正确。
故选C。