物理1 实验：探究小车速度随时间变化的规律课时练习

这是一份物理1 实验：探究小车速度随时间变化的规律课时练习，文件包含人教版高中物理必修一同步讲与练21实验探究小车速度随时间变化的规律原卷版doc、人教版高中物理必修一同步讲与练21实验探究小车速度随时间变化的规律解析版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共32页， 欢迎下载使用。
1.能建立加速度的概念，能从物理学的视角观察实验现象，并能正确分析小车运动的加速度。
2.理解v-t图像的含义，能用实验数据描绘v-t图像，能根据图像分析速度随时间的变化特点以及加速度的特点。
一、实验原理
利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度.
用v－t 图象表示小车的运动情况：以速度v 为纵轴、时间t 为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果 v－t 图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的.
二、进行实验
如图所示，把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路.
把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端连在小车的后面.
把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，后释放小车(填“接通电源”或“释放小车”)，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源.
换上新纸带，重复操作两次.
三、记录数据
选择计数点，记录瞬时速度。
四、数据采集、处理及分析
1、采集数据
如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离 x1、x2、x3、 x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离.Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.

2、求各计数点的瞬时速度
各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 v1＝（Δx1＋Δx2）/2T，v2＝（Δx2＋Δx3）/2T，T 为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为 50 Hz，每 5 个点取一个计数点(中间隔 4 个点)，则 T＝0.1 s.
设计表格并记录相关数据
3、作出小车运动的 v－t 图象
（1）定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸.
（2）描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置.
（3）连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点.
4、分析数据并求出加速度
如果画出的 v－t 图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动.图象和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度.
求出小车的加速度
五、注意事项
1、开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。
2、先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。
3、要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。
4、牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在 60cm 长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。
5、要区别计时器打出的点和人为选取的计数点。一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1s。
（2023秋•天河区期末）用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。
主要实验步骤如下：
a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。
b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t＝0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。
c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……
d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。
结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有 和 （填选项前的字母）。
A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源
C．刻度尺D．秒表E．天平（含砝码）
（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v﹣t图象。
（3）观察v﹣t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是 。v﹣t图象斜率的物理意义是 。
（4）描绘v﹣t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是 （选填“越小越好”或“与大小无关”）；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差 （选填“有关”或“无关”）。
（1）依据实验原理，结合打点计时器使用交流电源，通过某段时间内的平均速度表示中时刻的瞬时速度，即可选取仪器；
（2）根据其它点的位置，确定C点的坐标，再平滑连接，形成图象；
（3）当速度与时间图象是过原点的直线时，则说明小车做匀变速直线运动，斜率表示小车的加速度；
（4）当Δt越小，即Δx越小时，平均速度越接近瞬时速度；
（2024•广东模拟）如图甲所示的实验装置“测量小车做直线运动的瞬时速度”，完成下列相关内容：
（1）下列实验要求或操作，正确的有 （填正确答案标号）。
A．必须使用交流电源
B．钩码质量必须远小于小车质量
C．必须倾斜长木板以平衡小车所受到的阻力
D．小车应靠近打点计时器释放
E．先接通电源，再释放小车
（2）图乙是某次实验中一条纸带上截取的一段，在连续打出的点上依次标记a、b、c、d四个点，则c点的读数为 cm。已知打点计时器每隔0.02s打一个点，则在打下c点时，小车的瞬时速度为 m/s（计算结果保留3位有效数字）。
（2023秋•青岛期末）某学校实验小组做“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验。
（1）除甲图中所需器材之外，该实验还需要 ；
A.秒表 B.刻度尺 C.6∼8V低压交流电源 D.220V交流电源
（2）实验过程中，下列说法正确的是 ；
A.要先接通电源，再释放小车
B.当使用频率为50Hz的交流电时，每隔0.02s打一个点
C.纸带上点迹比较密集的区域，对应小车的运动速度比较大
（3）某次实验中连接频率50Hz的交流电源进行实验，得到如图乙所示的纸带，从A点开始相邻两计数点间有4个点未画出，打下C点时的瞬时速度为 m/s。（结果保留两位有效数字）
【基础强化】
（2023春•岳阳县校级期末）在“做直线运动物体的瞬时速度”的实验中，得到如图所示的纸带，其中A，B，C，D，E，F，G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用计算打D点时小车速度的表达式中误差最小的是（ ）
A．B．
C．D．
（2022秋•河西区期中）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，使用电磁打点计时器（所用交流电的频率为50Hz），得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是（ ）
A．实验时应先放开纸带再接通电源
B．从纸带可求出计数点A对应的速率
C．从纸带可求出计数点B对应的速率
D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02
如图所示，“探究匀变速直线运动速度随时间的变化规律”实验中打出的一条纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，则打C点时物体运动速度的大小为（ ）
A．B．C．D．
打点计时器是中学物理实验中常用的物理仪器，它可以在有限长度的纸带上打出一系列的点，人们通过对相关点间的距离的测量，便可测量出带动纸带的小车或滑块的平均速度、瞬时速度及加速度。某次使用打点计时器研究某小车的运动时，所用交流电源的频率为50Hz。关于该打点计时器的下列说法正确的是（ ）
A．使用打点计时器时，应先释放纸带后接通电源
B．打出相邻计时点的时间间隔为0.1s
C．纸带上两相邻计数点间还有四个计时点，则打出两相邻计数点的时间间隔为0.1s
D．打点计时器也可使用低压直流电源
（2023•平谷区一模）把纸带的下端固定在重物上，纸带穿过打点计时器，上端用手提着。接通电源后将纸带释放，重物拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中一段如图所示。设打点计时器在纸带上打A点时重物的瞬时速度为vA。通过测量和计算，得出了AB两点间的平均速度为v1，AC两点间的平均速度为v2。下列说法正确的是（ ）
A．v1更接近vA，且v1小于vA
B．v1更接近vA，且v1大于vA
C．v2更接近vA，且v2小于vA
D．v2更接近vA，且v2大于vA
为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d＝3.0cm的遮光板，如图所示，滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门，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＝0.30s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.10s，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为Δt3＝3.0s；则滑块的加速度约为（ ）
A．0.067m/s2B．0.67m/s2C．1.00m/s2D．0.01m/s2
（2023秋•丰台区期中）在“测量纸带的平均速度和瞬时速度”实验中，如图是利用打点计时器记录某物体运动情况的纸带。F点在E、G两点之间，EG两点间的位移用Δx表示，对应的时间用Δt表示。对于测量F点的瞬时速度，下列说法正确的是（ ）
A．从理论上讲，选取包含F点在内的位移间隔越小，用计算的结果越接近于F点的瞬时速度
B．在实验中，用计算出来的F点的瞬时速度比实际速度偏小
C．从实验的角度看，如果选取包含F点在内的位移间隔越小，测量误差就会越小
D．从实验的角度看，测量误差与选取包含F点在内的位移间隔大小无关
【素养提升】
（2023秋•米东区校级期末）某同学利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连，右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示。
（1）已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生的对应位移和平均速度分别为Δx和，表中 cm/s。
（2）根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图丙所示。在图中补全实验点。
（3）从实验结果可知，小车运动的Δt图线可视为一条直线，可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝ cm/s（结果保留三位有效数字），小车的加速度大小a＝ cm/s2（结果保留四位有效数字）。
（2023秋•齐齐哈尔期末）如图1所示是电火花计时器的示意图。
（1）电火花计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用 （选填“频率为50Hz的交流”或“直流”）电源，其工作时的基本步骤如下：
A．当纸带完全通过电火花计时器后，立即关闭电源
B．将电火花计时器电源插头插入相应的电源插座
C．将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器
D．接通开关，听到放电声后拖动纸带运动
上述步骤正确的顺序是 （按顺序填写步骤编号）。
（2）如图2是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带，A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、D两点间距x＝ cm，AD段的平均速度 m/s（保留两位小数）。
（2023秋•泸县校级期末）某同学用如图甲所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系：
（1）电磁打点计时器接 电源（填“低压直流”、“低压交流”或“220V交流”）。
（2）若所接电源的频率是50Hz，则每隔 s打一个点。
（3）图乙是绘出的小车速度—时间关系图线，根据图线求出小车的加速度为a＝ m/s2。（保留三位有效数字）
【能力培优】
（2023秋•丰台区期中）在实验中，利用如图1所示纸带上的数据得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，以时间t为横轴建立直角坐标系。实验中，某同学描出的点如图2所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。
下列思考有道理的是（ ）
①这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v﹣t图线不可能为一条直线，应为一条光滑的曲线。
②这10个点中虽然有6个点不在一条直线上，但它们在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线太远。
③该同学认为利用v﹣t图像的斜率可以得到运动物体的加速度。
④在这10个点中，有4个点（A、D、G、I）能画出一条直线，其余6个点都不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车的速度随时间变化的规律。
A．①③B．②③C．①②D．③④
（2023秋•黄浦区校级期末）如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，在小车上固定挡光片，使挡光片的挡光部分在车头方向、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，测量小车车头到达光电门时的速度，该同学将小车从该端同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据。
在这四次实验中，第 次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度。用这种方法得到的测量值，和实际值相比较 。（填“偏大”“偏小”或“相等”）
（2023秋•海淀区期末）用图1所示的装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：
a.安装好实验器材。接通电源后，在重物牵引下让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。
b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t＝0），然后每隔0.1s选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。
c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……
d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点。
结合上述实验步骤，请完成下列问题：
（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有 和 （填选项前的字母）。
A.电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源
C.秒表D.刻度尺E.天平（含砝码）
（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，测量的数据中BD间的距离为17.40cm，请在图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v﹣t图像。
（3）观察v﹣t图像，可以判断小车的速度随时间 变化（填“均匀”或“不均匀”）；根据图3，打下O点时小车的速度大小为 m/s（结果保留2位有效数字）。
（4）某同学用了另外一种方式判断小车的运动情况：在图2的纸带上，先分别测量出从O点到A、B、C、D、E、F点的距离，再用每段距离除以其所对应的时间，最后他将这个比值作为纵坐标，除以的对应的时间作为横坐标并做出图像，结果他发现这些坐标的连线仍然是一条直线。请通过推导确定能否利用该图像判断小车的运动情况，并说明直线的斜率和其与纵轴的截距分别代表什么物理量。
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
时刻 t/s
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
位移区间
AB
AC
AD
AE
AF
Δx（cm）
6.60
14.60
24.00
34.90
47.30
（cm/s）
66.0

80.0
87.3
94.6
实验次数
不同的挡光片
通过光电门的时间t/s
速度v/m•s﹣1
第一次
Ⅰ
0.23044
0.347
第二次
Ⅱ
0.17464
0.344
第三次
Ⅲ
0.11662
0.343
第四次
Ⅳ
0.05850
0.342