力学专题实验——《探究小车速度随时间变化的规律》专项提升

试卷更新日期：2024-09-19 类型：一轮复习

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一、典型例题 方法赏析

  • 1. 如图，在“测定匀加速直线运动的加速度”实验中得到的一条纸带上，从O点开始记录几个计数点，依次编为1、2、3、4、5、6，这些相邻的计数点之间还有四个点未画出（打点计时器的电源频率是50Hz），测得s1=1.22cm ， s2=2.00cm ， s3=2.78cm ， s4=3.62cm ， s5=4.40cm ， s6=5.18cm。

    (1)、接通电源与释放纸带，这两个操作的先后顺序应当是______；
    A、先接通电源，后释放纸带 B、先释放纸带，后接通电源 C、释放纸带的同时接通电源 D、先接通电源或先释放纸带都可以
    (2)、与小车相连的是纸带的端（填“左”或“右”）；
    (3)、两相邻计数点间的时间间隔T=；
    (4)、A点处瞬时速度的大小vA=；（保留两位有效数字）
    (5)、在用打点计时器测定物体的速度，若电源频率低于50Hz，则测算出速度数值将比物体的真实数值偏。（选填“大”、“小”）。

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  • 2. 在“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________。
    A、 B、 C、 D、
    (2)、某同学进行了以下实验操作步骤，其中有错误的步骤是________。
    A、将电火花计时器固定在长木板的一端，并接在220V交变电源上 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，下面吊着适当重的槽码 D、将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，然后接通电源
    (3)、在实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50Hz，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，小车在C点的速度为m/s，小车运动的加速度为 m/s2。（结果保留两位有效数字）

    (4)、若实验时电源频率大于50Hz，而做实验的同学并不知道，则打下F点时小车的实际速度（选填“大于”“小于”或“等于”）测量速度。

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  • 3. 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。

    （1）实验中，必要的措施是。

    A．先释放小车再接通电源

    B．先接通电源再释放小车

    C．将小车放在靠近打点计时器的一端

    D．将小车放在远离打点计时器的一端

    （2）他实验时将打点计时器接到频率为100Hz的电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如下图所示（每相邻两个计数点间还有9个点，图中未画出）。

           s1=3.59cm ， s2=4.41cm ， s3=5.19cm ， s4=5.97cm ， s5=6.78cm ， s6=7.64cm ， 则小车的加速度a=m/s2（充分利用测量的数据），打点计时器在打B点时小车的速度vB=m/s。（结果均保留两位有效数字）

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二、夯实基础 提升能力

  • 4. 某小组利用如图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。

    （1）实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线。除上述器材外，还需要使用的有（填选项前字母）。

    A．6V交流电源                         B.220V交流电源                 C.秒表                      D.刻度尺

    （2）小组通过实验得到了如图乙所示的一条纸带（每两个相邻计数点间还有4个点没有画出来），相邻两个计数点间的距离已在图中标出。

    已知交流电源的频率为50Hz ， 则两相邻计数点之间的时间间隔为s，在打下C点时小车的速度大小为m/s（保留三位有效数字），小车运动的加速度大小为m/s2（保留两位有效数字）。

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  • 5. 某同学利用图丙所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离后停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每隔4个点取一个计数点，相邻计数点间的距离如图丁（纸带左端与物块连接）所示，打点计时器电源的频率为50Hz。

    （1）下图中是电磁打点计时器（选甲或乙）；

       

    （2）所用实验器材除电磁打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端带有滑轮的长木板、绳、钩码、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有（填选项代号）

    A.电压为220V的交流电源       B.电压8V的交流电源       C.刻度尺       D.秒表       E.天平

    （3）计算纸带上计数点9对应的速度大小v9=m/s（保留两位有效数字）。

       

    （4）物块加速运动过程中加速度的大小a=m/s2（保留两位有效数字）。

    （5）整个运动过程中物块的最大速度vm=m/s（保留三位有效数字）。

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三、思维提升 创新应用

  • 6. 实验小组利用如图1所示的装置探究“小车速度随时间变化的规律”、打点计时器所接电源的频率为50Hz。

    (1)、下列说法中正确的有________。(填选项前的字母)
    A、实验操作前，不需要平衡摩擦力 B、应先接通电源，待打点计时器稳定打点后再释放小车 C、必须选择点迹清晰的纸带，而且应以打点计时器所打下的第一个点作为第1个计数点 D、根据实验数据画出v-t图像，图像为倾斜直线，其倾角的正切值tanα即可表示小车的加速度大小
    (2)、规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图2所示，则纸带上打计数点2时的小车速度大小v2=m/s。(结果保留3位有效数字)
    (3)、利用各计数点计算得到的速度作出小车运动的v-t图像，得到一条倾斜的直线，说明小车做匀加速直线运动，则小车运动的加速度大小a=m/s2。(结果保留3位有效数字)

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  • 7. 一次下雨天，小明不经意间转动手中的雨伞，发现水珠向四周飞出，如图甲。受此启发，小明按此原理设计了一装置测当地重力加速度，设计如下实验：一带槽水平圆盘在电动机带动下匀速转动，槽边缘有一小孔，一较长浅色铁条用细线悬挂，其下端靠近圆盘边缘，如图乙所示。向圆盘槽内注入红色墨水，转动中有红色墨水从小孔沿水平方向甩出，烧断细线，铁条自由下落。实验后在铁条上留有清晰红色细线，在铁条上连续每5条细线取一计数线，分别记为A、B、C、D ， 用刻度尺测得AB、CD段的距离分别为x1、x2(单位：米) ， 如图丙所示。已知圆盘转动周期为T(单位：秒) ， 则(以下结果均用题干所给物理量表示)：

     

    (1)、相邻计数线之间的时间间隔为 s；
    (2)、B点经过小孔时的速度大小为 m/s；
    (3)、由此可测得当地重力加速度大小为 m/s2。

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  • 8. 某兴趣小组 “探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如下图。A为小车（质量为M），B为打点计时器，C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50Hz。

    (1)、下列实验操作中，正确的是____；
    A、调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B、每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器 C、平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上 D、平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好 E、改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力
    (2)、为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是 ；
    (3)、下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻2个计数点之间有4个点没有标出，测出各计数点到A点之间的距离。则此次实验中小车运动的加速度大小a=m/s2。（结果保留两位有效数字）

    (4)、陈同学根据测量数据作出的a-F图线如图（a）所示，他实验中可能存在的问题是；李同学根据测量数据作出的a-F图线如图（b）所示，图像末端发生弯曲的原因是；

    （ａ） （ｂ） 

    (5)、胡同学改进实验方案，采用下图的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？（选填“需要”或“不需要”）。

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四、直击高考 达成素养

  • 9. 某同学利用如图(a)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(b)所示。

    (1)、已知打出图(b)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△x填到表中，小车发生应位移所用时间和平均速度分别为△t和v-。表中△xAD=cm，v-AD =cm/s。
    位移区间 AB AC AD AE AF
    △r(cm) 6.60 14.60 △xAD 34.90 47.30
    v-(cm) 66.0 73.0 v-AD 87.3 94.6
    (2)、根据表中数据得到小车平均速度v¯随时间△t的变化关系，如图(c)所示。题卡上的图中补全实验点。

    (3)、从实验结果可知，小车运动的v¯-△t图线可视为一条直线，此直线用方程v¯=k∆t+b表示，其中k=cm/s2 ， b=cm/s。(结果均保留3位有效数字)
    (4)、根据(3)中的直线方程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= ， 小车的加速度大小a=。(结果用字母k，b表示)

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  • 10. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示。

    ①需要的实验操作有（多选）；

    A．调节滑轮使细线与轨道平行

    B．倾斜轨道以补偿阻力

    C．小车靠近打点计时器静止释放

    D．先接通电源再释放小车

    ②经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz ， 则打计数点2时小车的速度大小为：m/s（结果保留3位有效数字）。

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  • 11. 某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图1所示，打点计时器接在频率为50.0Hz的交流电源上。使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1，2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离x1 ， x2 ， ⋯ ， x7 ， 并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立v−t坐标系，根据重锤下落的速度作出v−t图线并求重力加速度。

    (1)、图2为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度v3=m/s（结果保留3位有效数字）。

    (2)、除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图3坐标系中标出，请在图中标出速度v3对应的坐标点，并作出v−t图线。

    (3)、根据图3，实验测得的重力加速度g=m/s2（结果保留3位有效数字）。
    (4)、某同学居家学习期间，注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。

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  • 12. 小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图1所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t，多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t。

    (1)、现有以下材质的小球，实验中应当选用______。
    A、钢球 B、乒乓球 C、橡胶球
    (2)、用分度值为 1mm 的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图2所示，则 h= cm 。

    (3)、作出 2h−t2 图线，如图3所示，则可得到重力加速度 g= m/s2 。

    (4)、在图1中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量，若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为 t'= （用h、t和v表示）。
    (5)、有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差。请判断该观点是否正确，简要说明理由。

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