(能力提高练) 第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【能力提高练】   第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律

1．(2022•高考全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻()开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：

回答下列问题：

(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：______；

(2)当时，该飞行器速度的大小______；

(3)这段时间内该飞行器加速度的大小______(保留2位有效数字)。

【解析】  (1)[1]第1s内的位移507m，第2s内的位移587m，第3s内的位移665m，第4s内的位移746m，第5s内的位移824m，第6s内的位移904m，则相邻1s内的位移之差接近∆x=80m，可知判断飞行器在这段时间内做匀加速运动；

(2)[2]当x=507m时飞行器的速度等于0-2s内的平均速度，则

(3)[3]根据

【答案】  ①相邻1s内的位移之差接近∆x=80m    ②547    ③79

2．(2022•上海市浦东新区高三(上)一模)小明在做“用DIS测瞬时速度”的实验时，保持小车释放点和光电门位置不变。获得的数据如下表，则可以判断挡光片的安装方式为(　　)

A． B．

C．以上两种都可以 D．以上两种都不可以

【解析】  若挡光片的安装方式如图中B所示时，则挡光片宽度越窄越接近小车前端的速度，因为保持小车释放点和光电门位置不变，则越接近小车前端速度越小，和表格数据相反；同理可知，挡光片的安装方式如图中A所示时，则挡光片宽度越窄越接近小车后端的速度，可知越接近小车后端速度越大，和表格数据相符。故选A。

【答案】  A

3．(2022•重庆市第一中学高三(下)第一次月考)某兴趣小组研究小物块与平板间动摩擦因数的特点，实验装置如图甲所示，是半径足够大的四分之一圆弧轨道，与平板在点相切，正方体小物块密度较大、体积较小。实验步骤如下：

(1)用游标卡尺测量出正方体小物块的棱长，游标卡尺的示数如图乙，则读数为___________；

(2)将小物块从点由静止释放，在小物块停止处标记为；

(3)在间放置一光电门，测量放置光电门位置与点的距离；

(4)测量从点静止释放时小物块经过光电门的时间；

(5)在、之间移动光电门的位置，重复步骤(3)(4)，则每次小物块经过光电门的瞬时速度可视为___________；(用所测量的物理量符号表示)

(6)根据多次测量得到的数据，以光电门与点的距离为横轴，以小物块经过光电门所用的时间的倒数为纵轴，作出图像如图丙所示。

(7)由图像分析可知，沿方向该小物块与平板间的动摩擦因数___________(选填“变大”“变小”或“不变")。

【解析】  (1)[1]由图可知该游标卡尺的分度值是，游标尺上的0刻度在之间，游标尺上第10格与主尺刻度对齐，所以游标卡尺读数为

(5)[2]因为小物块的棱长较小，小物块经过光电门的平均速度可视为瞬时速度，故

(7)[3]由图像可知与为线性关系，图像斜率为一定值，根据，其中表示小物块通过距离所用的时间，可得，速度越来越小，加速度越来越小，故沿方向该小物块与平板间的动摩擦因数变小。

【答案】  ①10.50    ②    ③变小

4．(2022•成都石室中学一模)为了测量木块与木板间动摩擦因数μ，某实验小组使用位移传感器设计了如图所示的实验装置 ，让木块从倾斜木板上A点由静止释放 ，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机 ，描绘出滑块与传感器的距离s随时间t变化规律 ，取 g=10m/s2，如图所示:(以下结果均保留三位有效数字)

(1)根据上述图线 ，计算可得木块在 0.4s时的速度大小v= ______m/s。

(2)根据上述图线 ，计算可得木块的加速度大小a= ______m/s2。

(3)现测得斜面倾角为30°，则μ=______。()

【解析】  (1)[1]木块在斜面上做匀加速直线运动，某段时间内的平均速度等于这段时间内中间时刻的瞬时速度，则木块在0.4s时的速度大小为

(2)[2]根据匀变速直线运动的规律中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度可得，木块在0.2s时的速度大小为，木块的加速度大小

(3)[3]斜面倾角为30°，则对木块受力分析，由牛顿第二定律可得，解得

【答案】  ①0.400    ②1.00    ③0.453

5．(2022•上海市杨浦区一模)如图(a)，光电门传感器固定在倾斜斜面下端附近，挡光片安装在滑块上。使用不同宽度的挡光片，挡光片前端在滑块上的位置相同。将滑块在斜面上同一位置由静止释放，测得若干组数据，如下表所示。

(1)由表中数据可得，使用较窄的挡光片可使______更接近挡光片前端经过光电门时的瞬时速度，挡光片前端经过光电门时的瞬时速度为 ______m/s；

(2)适当选取表中的几组数据，在图(b)给出的坐标纸上画出相关图线。______根据画出的图线，可估算滑块沿斜面下滑的加速度为______m/s2。(保留小数点后二位)

【解析】  (1)[1][2]挡光片越窄时，平均速度越接近前端的瞬时速度。因此前端经过光电门时的瞬时速度约等于0.46m/s。

(2)[3]描点，连线如图所示

[4]根据，可得，图像的斜率，解得

【答案】  ①平均速度    ②0.46    ③见解析    ④0.51

6．(2022•福建师范大学附属中学高三(下)开学考试)在探究竖直向下的匀变速直线运动规律的过程中，我们利用电火花计时器记录重物的下落过程，以下是某组同学在该实验中得到的一条纸带，如图所示，已知每两个计数点间的时间间隔是，用刻度尺测得，，，，，。

(1)实验时，下列说法正确的是(      )

A.打点计时器的安装放置要求两限位孔在同一竖直线上

B.开始打点计时的时候应先释放纸带再接通电源

C.打点计时器应接在的交流电源上

D.打点计时器应接在的交流电源上

(2)计算出打下点时重物的瞬时速度是________(结果保留两位有效数字)。

(3)根据逐差法求出重物下落的加速度大小________(结果保留三位有效数字)。

(4)如果当时电网中交变电流的频率是，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________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【解析】  (1)[1]A．打点计时器的安装要求两限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔间阻力的影响，故A正确；

B．开始打点计时的时候应先接通电源后释放纸带，故B错误；

CD．电火花计时器应接在交流电源上，故C正确，D错误。故选AC。

(2)[2]打下点时重物的瞬时速度

(3)[3]根据逐差法得加速度。

(4)[4]如果在某次实验中，交流电的频率为，，那么实际打点周期变小，根据运动学公式可知偏小，即测量的加速度值与真实的加速度值相比偏小。

【答案】   ①AC    ②0.98    ③9.78    ④偏小

7．(2022·山东潍坊市高三(下)一模)利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度．一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动．当一带有遮光片的滑块自斜面上端滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值，所得数据如表中所示．

完成下列填空和作图：

(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是______________；

(2)根据表中给出的数据，在下图给出的坐标纸上画出－t 图线______；

(3)由所画出的－t图线，得出滑块加速度的大小为a＝__________ m/s2(保留2位有效数字)．

【解析】  (1)[1]沿斜面向下是匀加速运动，反过来也可以看成是初速度为vt的沿斜面向上的匀减速运动，由位移公式有x＝vtt+at2，由于要画－t图象，所以可将上式变形得

(2)[2]－t图线如图所示．

(3)[3]由，可知图象的斜率，解得a＝－2k＝2.0 m/s2.

【答案】    ①    ②    ③2.0

8．(2022•北京市西城区高三(上)期末)用图1所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律。

(1)除小车、重物、打点计时器(含纸带、复写纸)、导线、开关等器材外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有______(填选项代号)。

A.电压可调的直流电源                            B.电压合适的50Hz交流电源

C.秒表                    D.刻度尺                E.天平

(2)接通打点计时器电源，释放小车，小车在重物的牵引下沿直线拉动纸带，纸带上打下一系列的点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点(计数点之间还有点未画出)，相邻计数点间的时间间隔为0.10s。从图中数据可知，在打C点时小车的瞬时速度为______m/s(结果保留两位有效数字)。

(3)计算出打纸带上各计数点时小车的速度，在坐标纸上建立坐标系，描点绘制小车运动的图像，若图像是一条倾斜的直线，则可判断小车做匀变速直线运动，其依据是____________________________________。

(4)某同学在家里研究小球沿斜面的运动，想通过实验验证小球的运动是匀加速直线运动。如图3所示，他让小钢球沿着细管内壁从静止开始运动，用手机秒表和米尺作为测量工具，测量小球从静止开始通过不同位移所用的时间，得到下表所示的数据。如何由这些数据验证小球的速度是随时间均匀变化的？(      )

【解析】  (1)[1]AB．打点计时器的工作电源是交流电，故A错误，B正确；

C．打点计时器是计时的仪器，故不需要秒表，故C错误；

D．实验中需要测量纸带上计数点间的距离，需要刻度尺，故D正确；

E．实验中小车做变速运动即可，因此不需要测量重物的质量，故E错误。故选BD；

(2)[2]由图可读出

则在打C点时小车的瞬时速度为

(3)[3]图像表示速度随时间变化的关系，图线的斜率表示加速度；

(4)[4]如果小球做初速度为零的匀加速直线运动，位移与时间成正比，则有

排除第六组数据，在误差允许范围内，可以认为小球做匀加速直线运动，即速度随时间均匀变化。

【答案】  ①BD    ②0.44    ③图中图线的斜率表示加速度    ④见解析

9．(2022•山东省济南市高三(上)期末)某学习小组通过实验验证自由下落是一种匀变速直线运动，并测定当地的重力加速度。该小组利用如图甲所示的装置进行实验，图乙为局部放大图，其中A为电磁开关，B为可改变位置的光电门。

实验时，打开电磁开关，释放小球，计时器同时开始计时，小球经过光电门B时，计时结束。改变B的位置，多次测量，记录AB间的高度差h和对应的小球下落时间t，数据如下表所示：

(1)该小组利用图像法来研究小球自由下落时下落高度h与下落时间t之间的关系，请根据实验数据在答题纸上描点并画出图像(    )

(2)为了更准确地研究小球自由下落的运动规律，该小组利用计算机软件对数据进行拟合，得到h与的关系，已知当地的重力加速度为，本实验中所测重力加速度的相对误差为___________%(结果保留2位有效数字)。

(3)另一学习小组利用图丙所示的图象也验证了小球的自由下落是匀变速直线运动，该图象的纵坐标表示的物理量为___________(用题目中已给的字母表示)，若图象中直线的斜率为k，则重力加速度为___________(用k表示)。

【解析】  (1)[1]根据实验数据描点，画出图像为

(2)[2]由位移时间公式可得，可得，解得

故本实验中所测重力加速度的相对误差为

(3)[3][4]由位移时间公式可得

由于图像是一条倾斜的直线，即有

故可得该图象的纵坐标表示的物理量为，若图象中直线的斜率为k，

则重力加速度为

【答案】    ①    ②0.99    ③    ④2k