高中物理【实验：探究小车速度随时间变化的规律】复习题

高中物理【实验：探究小车速度随时间变化的规律】

复习题

基础过关练

题组一 实验器材与操作 1.

在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中:

(1)从下列给出的器材中选出实验中所需的,并将它们填在横线上(填编号)。

A.电磁打点计时器; B.天平; C.低压交流电源; D.低压直流电源; E.细绳和纸带; F.钩码和小车; G.停表;

H.一端有滑轮的长木板; I.刻度尺。

选出的器材有 。 (2)某同学按照以下步骤进行操作:

A.换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带; B.将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,接上电源; C.把小车停在靠近打点计时器的地方,先放开小车,再接通电源; D.断开电源,取下纸带;

E.把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上钩码;

1

F.把纸带固定在小车后端,并让纸带穿过打点计时器。

以上步骤有错误的是 ,错误步骤修改正确后,合理的顺序是 。(填步骤前的字母) 题组二 数据处理与误差分析 2.

在“探究小车速度随时间变化的规律”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个点的时间间隔作为一个时间单位 B.使小车运动的速度尽量小些

C.舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算

D.适当增加挂在细绳下槽码的个数

3.某学生在“用打点计时器测速度”和“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,都使用了电火花计时器,并打出纸带进行有关数据处理,已知所用交变电流的频率是50 Hz。

(1)在一次实验中该学生得到如图所示的纸带,并按照打点时间先后,依次选定了O、A、B、C、D、E、F七个计数点(每相邻两个计数点之间还有四个点没有画出),并经过测量得到相邻计数点间的距离。根据实验数据,判断这个纸带做的是 (选填“加速”“匀速”或“减速”)运动。相邻两计数点间的时间间隔是 s。

(2)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,算出了打各计数点时小车的瞬时速度,为了计算加速度,最合理的方法是 。

2

A.根据任意两计数点的速度,用公式a=算出加速度

Δ𝑡

Δ𝑣

B.根据实验数据画出v-t图像,量出图线倾角,由公式a=tan α求出加速度

C.根据实验数据画出v-t图像,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=算出加速度

Δ𝑡Δ𝑣

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 4.

某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打

点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共七个测量点。测量点间的距离如图甲所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s,试完成下面的问题。

甲

(1)根据纸带上的数据,某同学已将1、2、3、5点对应时刻的瞬时速度进行计算并填入表中,请你将4点对应时刻的瞬时速度填入表中。(结果保留3位有效数字)

瞬时速度 数值/ (m·s) -1v1 v2 v3 v4 v5 0.363 0.165 0.214 0.263 3

(2)在如图乙所示的直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。

乙

(3)由图像求出小车的加速度大小为a= m/s2。(结果保留3位有效数字)

(4)如果实验时的电压变成210 V,而做实验的同学并不知道,则加速度的测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)实际值。

(5)若实验时电源频率略低于50 Hz,但该同学并不知道,则测量得到的小车速度 (填“大于”“小于”或“等于”)真实速度。 题组三 实验方案拓展与创新 5.

在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

同学将打点计时器打出的三条纸带,分别以间隔相同数目点迹的方式依次剪成短纸条,按先后顺序一端对齐,并排贴在一张纸上,然后用平滑的线将各段纸带顶端的中点连起来,如图甲、乙、丙所示,则根据纸带的特点即可探究小车速度随时间变化的规律。以下说法正确的是

( )

A.图甲表示小车处于静止

4

B.图乙表示小车做匀速直线运动 C.图乙表示小车的速度随时间均匀增加

D.图丙表示小车的速度先随时间均匀增加,后保持不变

6.如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中每两个相邻位置的时间间隔是0.1 s,这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0,从0向下依次为位置1、2、3、…,小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近 m/s、 m/s、 m/s、 m/s,小球滚下过程的加速度大小为 m/s2。(小数点后保留2位数字)

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答案与分层梯度式解析

基础过关练

1.答案 (1)ACEFHI (2)C BFECDA或BEFCDA

解析 (1)在本实验中,不需要测量小车或钩码的质量,因此不需要天平;打点计时器使用的是交流电源,因此不需要直流电源;打点计时器打出的纸带记录了小车运动的时间,因此不需要停表;测量点迹间的距离需要刻度尺,所以需要的器材是ACEFHI。

(2)步骤有错误的是C,应先接通电源,再释放小车。根据先组装器材,再进行实验,最后进行数据处理的顺序可知,操作步骤顺序为BFECDA或BEFCDA。

2.ACD 选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点间的间隔较大,用直尺测量这些点间的距离时误差较小,A正确;在实验中,如果小车运动的速度过小,打出的点很密,长度测量的误差较大,因此小车的速度略大一些较好,B错误;为了减小长度测量的误差,应舍去纸带上过于密集的点,C正确;适当增加挂在细绳下槽码的个数,意味着适当增大小车运动的速度,可减小误差,D正确。 3.答案 (1)加速 0.1 (2)C

解析 (1)由题图可知,相同的时间间隔内相邻计数点间的距离越来越大,故纸带做加速运动。电火花计时器使用的交变电流频率为50 Hz,故打点计时器每隔0.02 s打一次点,相邻两计数点间有四个点没有画出,故时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s。

(2)在处理实验数据时,如果只使用其中两个数据,可能会造成较大偶然误差,所以可以根据实验数据画出v-t图像,用直线拟合各点,使尽可能

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多的点在直线上,不在线上的点均匀地分布在线的两侧,这样图线会舍弃误差较大的点,由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=算出加速度,这样误差最小,A、D错误,C正确;根据实验数据

Δ𝑡Δ𝑣

画出v-t图像,当坐标轴取不同的标度时,图线的倾角不同,所以量出其倾角,用公式a=tan α算出的数值不一定等于加速度,B错误。 4.答案 (1)0.314 (2)图见解析 (3)0.483 (4)等于 (5)大于

解析 (1)4点对应时刻的瞬时速度大小为v4=m/s=0.314 m/s。

(2)根据数据在坐标系中描点,观察发现各点大致在一条直线上,用直线拟合各点,得出v-t图线如图所示。

(11.95−5.68)×10−2

2×0.1

(3)根据v-t图线的斜率表示加速度,可得小车的加速度大小为a=

0.41−0.12

0.6

m/s2=0.483 m/s2。

(4)只要交流电的频率不变,则打点周期不变,小车速度的测量值不变,加速度的测量值等于实际值。

(5)若实验时电源频率低于50 Hz,打点计时器的打点周期大于0.02 s,则相邻计数点间的时间间隔T>0.1 s,由v=可知,小车速度的测量值

Δ𝑡Δ𝑥

大于真实值。

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易错提醒 图像法处理数据时的两点注意

(1)作图时,要用平滑曲线将数据点连起来,要让尽可能多的点分布在线上,不在线上的点均匀分布在线两侧,离线较远的点舍去,注意不可用折线连接。

(2)利用v-t图像求加速度时,应选用直线上相距较远的两个点来求直线的斜率,即加速度。不能采用量出直线的倾斜角,然后求出其正切值的方法来计算加速度,因为该倾斜角还与坐标轴的标度有关。 5.CD 短纸条的高度表示相应时间内小车的位移Δx。由题知,发生各位移Δx的时间间隔Δt相等,则各段纸带中间时刻的速度v=∝ΔΔ𝑡Δ𝑥

x,即纸带的高度可反映纸带中间时刻小车的速度大小。纸带的宽度是相同的,所以可用纸带底端中点表示各段纸带的中间时刻。综上可知,题中所述平滑的线可表示小车运动的v-t图像,分析可知,A、B错误,C、D正确。

6.答案 0.90 1.30 1.70 2.10 4.00

解析 利用题图中给出的数据,可以求得各段的平均速度。每两个相邻位置的时间间隔为0.1 s,而一小段时间内的平均速度可以表示这段时间中间时刻的瞬时速度,则有 v1=𝑣02=v2=𝑣13=

18.0×10−2

0.2

m/s=0.90 m/s,

m/s=1.30 m/s, m/s=1.70 m/s, m/s=2.10 m/s,

(33.0−7.0)×10−2

0.2

v3=𝑣24=v4=𝑣35=

(52.0−18.0)×10−2

0.2

(75.0−33.0)×10−2

0.2

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以位置0对应时刻为0时刻,由以上数据作出v-t图像如图所示。 在v-t图像上取相距较远的两点:v0=0.50 m/s,t0=0,v4=2.10 m/s,t4=0.4 s,则a==Δ𝑣𝑣4−𝑣02.10−0.50Δ𝑡𝑡4−𝑡0

=0.4

m/s2=4.00 m/s2,故小球滚下过程的加速度大小

为4.00 m/s2。

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