2020-2021学年1 实验：探究小车速度随时间变化的规律课后测评

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基础过关练
题组一 实验原理与实验器材
1.(2020天津静海四校高一上联考)(多选)如图为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置。
除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有( )

A.电压合适的交流电源B.电压可调的直流电源
C.刻度尺D.秒表
题组二 实验操作及注意事项
2.(2020江苏启东高一上期中)(多选)有关“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作中,对该实验没有必要或是错误的是( )
A.要用天平测出钩码质量
B.先释放小车后启动打点计时器
C.为了便于测量,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个合适的点当作计时起点
D.作图像时,必须要把描出的各点连在同一条曲线上
3.(多选)在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中,我们采用的正确方法是( )
A.舍掉开头过于密集的点,找一个适当的点当作计时起点
B.为了实验精确,选取纸带上第一个点当作计时起点
C.每相邻计数点的时间间隔只能取0.1 s
D.每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定,取0.02 s、0.04 s、…n×0.02 s均可
4.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法中正确的是( )
A.通过调节,应使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上
B.坐标轴单位长度越小越好
C.测量每两个相邻计数点间的距离,应该用毫米刻度尺的零刻线对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到每两个相邻计数点间距离
D.钩码的质量越大越好
5.(多选)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验,下列说法正确的是( )
A.长木板不能侧向倾斜,也不能一端高一端低
B.在释放小车前,小车应靠近打点计时器
C.应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再释放小车
D.小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行
题组三 实验数据处理与误差分析
6.“在探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器打出一纸带,A、B、C、D为四个计数点,且两相邻计数点间还有四个点没有画出,所用交流电频率为50 Hz,纸带上各点对应尺上的刻度如图所示,则vB= m/s。
7.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图甲所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点),相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。
甲
(1)各点的瞬时速度为:vD= m/s,vC= m/s,vB= m/s。
(2)在如图乙所示坐标系中画出小车的v-t图线。
乙
(3)打点计时器使用的交流电源频率为50 Hz,在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,若交流电源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
能力提升练
题组一 数据处理与误差分析
1.(2019江苏扬州高一上期末,★★☆)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中
(1)下列仪器需要用到的有 。
(2)某同学进行了以下实验操作步骤,其中有误的步骤是 。
A.将电火花计时器固定在长木板的一端,并接在220 V交流电源上
B.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码
D.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通电源
(3)在实验中得到一条如图所示的纸带,已知电源频率为50 Hz,相邻计数点间的时间间隔为0.1 s,测量出x5=4.44 cm、x6=4.78 cm,则打下“F”点时小车的瞬时速度v= m/s。(结果保留两位有效数字)
(4)若实验时电源频率大于50 Hz,则打下“F”点时小车的实际速度 (填“大于”、“小于”或“等于”)测量速度。
题组二 实验中加速度的计算
2.(★★☆)在研究变速直线运动的实验中,算出小车经过各计数点瞬时速度如下
为了计算加速度,合理的方法是( )
A.根据任意两计数点的速度用公式a=ΔvΔt算出加速度
B.根据实验数据画出v-t图,量出其倾角,由公式a=tan α求出加速度
C.根据实验数据画出v-t图,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间,用公式a=ΔvΔt算出加速度
D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度
题组三 实验的创新方案
3.(2019山东威海高一上期末,★★★)如图甲所示,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。某同学用打点计时器记录小车的运动情况,所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位:cm)如图乙所示,纸带上相邻两点间对应的时间间隔为0.02 s。
(1)计算计时器打出点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v-t图像。
(3)求出小车在玻璃板上的运动速度大小。
4. (★★☆)在利用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点,共取了7个计数点,用以下方法绘制小车的v-t图像:先把纸带从每个计数点处剪断,得到6个短纸条,再把这些纸条并排贴在一张纸上,使这些纸条下端对齐,作为时间坐标轴,标出时间,最后将纸条上端中心连接起来,于是得到v-t图像,如图所示。这样做有道理吗?说说你的看法。
答案全解全析
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
基础过关练
1.AC 打点计时器所用电压为交流电,处理纸带数据需要测量长度,因此还需要刻度尺,故A、C正确。
2.ABD 探究小车速度随时间变化的规律,不需要测量钩码的质量,故A错误;实验时应先启动打点计时器,再释放小车,故B错误;在纸带上确定计时起点时,为了便于测量,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个合适的点当作计时起点,故C正确;作图像时,把点连成一条直线,并将偏离比较远的点舍去,故D错误。
3.AD 为了便于测量,舍掉开头较密集的点,找一个适当的点当作计时起点,故A对、B错;选多长时间间隔取一个计数点应视打点的紧密情况而定,若所打的点间距离较远,可选较短时间间隔取计数点,若所打的点间距离很小,则应选较长时间间隔取计数点,故C错、D对。
4.AC 通过调节,应使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上,避免较大摩擦给实验带来误差,故A正确;在画v-t图像时坐标轴的单位长度要选择适当,并不是越小越小,也不是越大越好,故选项B错;为了减小测量误差,测量两个相邻计数点间的距离时,应该用毫米刻度尺量出各点到第一个点的距离,再逐一相减,得到每两个相邻计数点间的距离,故C正确。若钩码的质量太大,则小车加速太快,纸带上打出点迹就会很少,不利于我们进行数据处理,故D错。
5.BCD 长木板不能侧向倾斜,但是可以一端高一端低,故A错误;在释放小车前,小车应尽量靠近打点计时器,以便在纸带上打出更多的点,有利于实验数据的处理和误差的减小,故B正确。实验中应先接通电源然后释放小车,故C正确。小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行,故D正确。
6.答案 0.15
解析 由题意知每两个相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s,
vB=xAC2T=(8-5)×10-22×0.1 m/s=0.15 m/s
7.答案 (1) 3.90 2.64 1.38 (2)见解析图 (3)A
解析 (1)时间较短,平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。
D点的瞬时速度
vD=xCE2T=78.000.2 cm/s=390 cm/s=3.90 m/s
C点的瞬时速度
vC=xBD2T=52.800.2 cm/s=264 cm/s=2.64 m/s
B点的瞬时速度
vB=xAC2T=27.600.2 cm/s=138 cm/s=1.38 m/s
(2)由(1)中数据画出小车的v-t图像如图所示。
(3)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;当交流电源的频率低于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计算,由v=xt可知,因测量值t小于真实值,故导致测量出的速度值大于真实值,故A正确。
能力提升练
1.答案 (1)AB (2)D (3)0.46 (4)大于
解析 (1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,依据实验原理,通过打点计时器在纸带上打点,借助刻度尺来测量长度,从而研究小车的速度与时间的关系,故选A、B。
(2)应先接通电源,后放开纸带,故选项D错误。
(3)打纸带上F点时小车的瞬时速度大小为:v=x5+x62T=4.44+4.782×0.1×10-2 m/s=0.46 m/s。
(4)若实验时电源频率大于50 Hz,则相邻计数点间的时间间隔T<0.1 s,由F点的瞬时速度表达式v=x5+x62T可知,其实际速度大于测量速度。
2.C 方法A偶然误差较大。方法D实际上也仅由始末两个速度决定,偶然误差也比较大。由于在物理图像中,两坐标轴的分度大小往往是不相等的,根据同一组数据,可以画出倾角不同的许多图线,方法B是错误的。正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式a=ΔvΔt算出加速度,即方法C。
3.答案 (1)0.65 0.55 (2)图见解析 (3)0.85 m/s
解析 (1)根据题图乙可得
v2=1.4+ cm/s=65 cm/s=0.65 m/s,
v3=1.2+ 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v-t图像。将图线延长,使其与纵轴相交,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,即小车在玻璃板上的运动速度大小。
4.答案 有道理。因为剪下的纸条长度表示0.1 s时间内的位移大小,可近似认为速度v=Δx0.1s,得出v∝Δx,纸条长度可认为表示速度的大小。
计数点序号
1
2
3
4
5
6
计数点对应的时刻(s)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
通过计数点的速度(cm/s)
44.0
62.0
81.0
100.0
110.0
168.0
计数点序号
1
2
3
4
5
速度vn/(m·s-1)
v1=0.75
v2=
v3=
v4=0.45
v5=0.35