專題07探究小車速度隨時間變化的規(guī)律-2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)重難點逐個突破-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

考點一基本實驗
一、1.打點計時器是記錄做直線運動物體的位置和時間的儀器．當(dāng)所用交變電源的頻率f＝50 Hz時，每隔0.02 s打一次點．
2.電火花打點計時器的工作電壓是220 V的交流電源；電磁打點計時器的工作電壓是6 V以下的交流電源。
二、實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律
1．實驗器材
電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、導(dǎo)線、交變電源．
實驗步驟
(1)實驗裝置如上圖，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電源；
(2)把細(xì)繩的一端系在小車上繞過滑輪，另一端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；
(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車；
(4)小車到達(dá)長木板末端前讓小車停止運動，紙帶上就會打出一系列點跡．
(5)斷開電源，取下紙帶，每5個點(即以0.1 s為周期)標(biāo)注一個計數(shù)點，如圖所示．
(6)增減所掛的槽碼，更換紙帶重復(fù)實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量、分析．
3．?dāng)?shù)據(jù)處理
(1)用平均速度求瞬時速度：vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)＝eq \f(dn＋1－dn－1,2T).
用逐差法求解平均加速度
a1＝eq \f(x4－x1,3T2)，a2＝eq \f(x5－x2,3T2)，a3＝eq \f(x6－x3,3T2)?a＝eq \f(a1＋a2＋a3,3)＝eq \f(?x4＋x5＋x6?－?x1＋x2＋x3?,9T2).
(2)根據(jù)記錄的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標(biāo)系中描點，根據(jù)描點作一條直線（不要連成折線），如圖，通過圖像的斜率求解物體的加速度。
4.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動
x1、x2、x3…xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離，Δx是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….若Δx等于恒量(aT2)，則說明小車做勻變速直線運動．
5．注意事項
(1)紙帶、細(xì)繩要與長木板平行．
(2)打點前，使物體停在靠近打點計時器的位置.
(3)實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢先斷開電源，后取下紙帶．
(4)在小車到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止小車與滑輪相撞．
(5)對紙帶進行測量時，應(yīng)測量出各個計數(shù)點到起始點O之間的距離．讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位．
6．誤差分析
(1)紙帶運動時摩擦力不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差．
(2)計數(shù)點間距測量有偶然誤差．
(3)作圖有誤差．
1．在“研究勻變速直線運動”的實驗中：實驗過程中，下列做法正確的是（）
A．先接通電源，再使紙帶運動
B．先使紙帶運動，再接通電源
C．將接好紙帶的小車停在靠近滑輪處
D．將接好紙帶的小車停在距離滑輪和打點計時器相等的位置
【答案】A
【解析】
AB．實驗中要先接通電源，再使紙帶運動，選項A正確，B錯誤；
CD．為了充分利用紙帶，將接好紙帶的小車停在遠(yuǎn)離滑輪而靠近打點計時器的附近處，選項CD錯誤。
2．（2022·貴州·高二開學(xué)考）如圖是打點計時器打下的紙帶，相鄰計數(shù)點間的距離分別為、和，時間間隔為，則打點計時器打下計數(shù)點1到3所需時間和這段時間內(nèi)紙帶的平均速度分別為（）
A．，B．，C．，D．，
【答案】A
【解析】
由紙帶可知計數(shù)點1到3有兩個打點時間間隔，故打點計時器打下計數(shù)點1到3所需時間為
這段時間內(nèi)紙帶的平均速度為 A正確，BCD錯誤；
3．在實驗中，某同學(xué)得到一條打點清晰的紙帶如圖所示，要求測出D點的瞬時速度。本實驗采用包含D點在內(nèi)的一段間隔中的平均速度來粗略地代表D點的瞬時速度，下列幾種方法中最準(zhǔn)確的是（）
A．＝vD，Δt1＝0.14sB．＝vD，Δt2＝0.06s
C．＝vD，Δt3＝0.1sD．＝vD，Δt4＝0.04s
【答案】D
【解析】
求D點的瞬時速度，最準(zhǔn)確的應(yīng)是用包含該點且與該點相鄰的兩點之間的平均速度來表示，
又CE間的時間間隔應(yīng)為0.04s。
4．（2022·寧夏·鹽池中學(xué)高三期中）某實驗小組同學(xué)利用電磁打點計時器做“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗．裝置如圖甲所示，在調(diào)整好儀器后，正確操作得到點跡清晰的紙帶．
(1)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是________．
A．打點時先釋放紙帶再接通電源
B．應(yīng)使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
C．應(yīng)消除小車和長木板間的摩擦阻力的影響
D．應(yīng)調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)繩與長木板平行
(2)如圖乙所示是某同學(xué)一次實驗得到小車運動情況的紙帶，他進行如下數(shù)據(jù)處理：在紙帶上連續(xù)選取六個計時點A、B、C、D、E、F并測得A、C兩點間的距離為x1，B、D兩點間的距離為x2，已知打點計時器所用的交流電源的頻率為f，則打點計時器在紙帶上打下B點時小車運動的瞬時速度大小vB＝______；小車運動的加速度a＝______．
(3)如圖丙、丁所示是兩位同學(xué)用同一組實驗數(shù)據(jù)，分別作出的小車運動v - t圖像，你認(rèn)為作圖正確的是________．
【答案】(1)D (2)12x1f 12(x2－x1)f2 (3)丙
【解析】
(1)實驗時應(yīng)先接通電源待打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶，故A錯誤；該實驗不需要測量小車所受合外力，即不需要使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故B錯誤；該實驗測定小車勻變速運動的加速度，即只要小車受到的作用力恒定即可，不需要消除小車與長木板間的摩擦阻力的影響，C錯誤；實驗前要調(diào)整滑輪高度使細(xì)線與木板平行，以保證小車運動過程中受到的合力不變，故D正確．
(2)由勻變速直線運動規(guī)律可知，某段時間的中間時刻的瞬時速度等于該段時間內(nèi)的平均速度，有vB＝x12T，f＝1T，聯(lián)立解得vB＝12x1f，由x2－x1＝2aT2，解得a＝12(x2－x1)f2.
(3)圖丙中將異常的點舍棄掉，故選丙．
5.(2022·浙江省高三模擬)某同學(xué)利用圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律．物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(未到達(dá)滑輪處)．從紙帶上選取便于測量的部分，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示．
(1)實驗中除了打點計時器外，下列還需要用到的測量器材是________．
A．游標(biāo)卡尺 B．秒表
C．毫米刻度尺 D．托盤天平
(2)通過分析紙帶上的數(shù)據(jù)，可判斷物塊開始減速的時刻位于________．
A．計數(shù)點5和6之間某時刻
B．計數(shù)點6和7之間某時刻
C．計數(shù)點7和8之間某時刻
(3)若打點計時器所接電源的頻率為50 Hz，計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為________ m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為________ m/s.(均保留三位有效數(shù)字)
【答案】(1)C (2)B (3)1.00 1.20
【解析】
(1)本實驗需要根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)計算物塊的速度，故需要用到刻度尺測量點距，C正確．
(2)從題圖乙可以看出，物塊從計數(shù)點1開始加速，相鄰相等的時間間隔的位移差大約為2 cm，而第6個到第7個計數(shù)點間的距離與第5個到第6個計數(shù)點間的距離相比增加了1.27 cm，故開始減速的時刻位于計數(shù)點6和7之間某時刻，B正確．
(3)相鄰計數(shù)點的時間間隔T＝0.1 s，
則計數(shù)點5對應(yīng)的速度v5＝eq \f(x46,2T)＝eq \f(?9.00＋11.01?×10－2,2×0.1) m/s≈1.00 m/s
由逐差法可得勻加速階段的加速度大小為a＝eq \f(x46－x24,4T2)＝eq \f(?9.00＋11.01－5.01－7.01?×10－2,4×0.12) m/s2≈2.00 m/s2
因而v6＝v5＋aT＝1.20 m/s.
6.（2022·江蘇泰州·高二期末）某同學(xué)用圖甲所示的裝置研究小車做勻變速直線運動的特點。
(1)實驗中,除打點計時器(含電源)、紙帶、復(fù)寫紙、小車、平板和重物外,在下面的器材中,必須使用的是 (選填選項前的字母)。
A.毫米刻度尺 B.秒表 C.天平D.彈簧測力計
(2)實驗室有如下兩種計時器,A叫作計時器,B叫作計時器。
本次實驗選擇的打點計時器為B,該計時器的工作電源為 (選填“交流”或“直流”)電源,電壓為 V。
(3)下列實驗步驟的正確順序是 (用字母填寫)。
A.關(guān)閉電源,取下紙帶
B.將小車?？吭诖螯c計時器附近,小車尾部與紙帶相連
C.把打點計時器固定在平板上,讓紙帶穿過限位孔
D.接通電源后,放開小車
(4)實驗中獲得的一條紙帶如圖乙所示,在紙帶上依次取若干個計數(shù)點,利用實驗數(shù)據(jù)計算出打點時小車的速度v,以v為縱坐標(biāo),t為橫坐標(biāo),做出如圖丙所示的v-t圖像。根據(jù)圖像求出小車的加速度a= m/s2(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
【答案】(1)A (2)電磁打點電火花交流 220 (3)CBDA (4)1.44(1.42~1.46均可)
【解析】
(1)本實驗通過研究紙帶上點跡分布情況分析小車的運動,所以需要用刻度尺測量計數(shù)點間的距離,A選項正確。
(2)打點計時器有兩種,分別是電磁打點計時器和電火花計時器;電磁打點計時器工作電壓約8 V,電火花計時器用220 V交流電源。
(3)本實驗步驟的正確順序是CBDA。
(4)由v-t圖像的斜率可得加速度a=0.720.5 m/s2=1.44 m/s2
7.(2019·全國卷Ⅰ·22)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究．物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz，紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出．在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是_____點．在打出C點時物塊的速度大小為_____ m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________ m/s2(保留2位有效數(shù)字)．
【答案】A 0.233 0.75
【解析】
根據(jù)題述，物塊加速下滑，在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是A點．根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則可讀出，B點對應(yīng)的刻度為1.20 cm，C點對應(yīng)的刻度為3.15 cm，D點對應(yīng)的刻度為5.85 cm，E點對應(yīng)的刻度為9.30 cm，AB＝1.20 cm，BC＝1.95 cm，CD＝
2.70 cm，DE＝3.45 cm.兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T＝5×eq \f(1,50) s＝0.10 s，根據(jù)做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得，打出C點時物
塊的速度大小為vC＝eq \f(BC＋CD,2T)≈0.233 m/s.由逐差法可得a＝eq \f(CD＋DE－?AB＋BC?,4T2)，解得a＝0.75 m/s2.
考點二探索創(chuàng)新實驗
利用光電門、頻閃照相等方法求出運動物體的速度進而求出加速度
8.(2020·海南卷·14)某同學(xué)用如圖(a)所示的裝置測量重力加速度．
實驗器材：有機玻璃條(白色是透光部分，黑色是寬度均為d＝1.00 cm的擋光片)，鐵架臺，數(shù)字計時器(含光電門)，刻度尺．主要實驗過程如下：
(1)將光電門安裝在鐵架臺上，下方放置承接玻璃條下落的緩沖物；
(2)用刻度尺測量兩擋光片間的距離，刻度尺的示數(shù)如圖(b)所示，讀出兩擋光片間的距離L＝________ cm；
(3)手提玻璃條上端使它靜止在________方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光部分通過；
(4)讓玻璃條自由下落，測得兩次擋光的時間分別為t1＝10.003 ms和t2＝5.000 ms；
(5)根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)計算出重力加速度g＝________ m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．
【答案】(2)15.40 (3)豎直 (5)9.74
【解析】
解析 (2)兩擋光片間的距離L＝15.40 cm－0 cm＝15.40 cm
(3)手提玻璃條上端使它靜止在豎直方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光部分通過．
(5)玻璃條下部擋光條通過光電門時玻璃條的速度為v1＝eq \f(d,t1)＝eq \f(1.00×10－2,10.003×10－3) m/s≈1 m/s
玻璃條上部擋光條通過光電門時玻璃條的速度為v2＝eq \f(d,t2)＝eq \f(1.00×10－2,5.000×10－3) m/s＝2 m/s
根據(jù)速度位移公式有v22－v12＝2gL
代入數(shù)據(jù)解得加速度g＝eq \f(v22－v12,2L)≈9.74 m/s2.
9.(2022湖南岳陽高三二模)利用圖甲裝置可以測量滑塊的加速度。氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處裝有兩個光電門1、2,滑塊上固定一遮光條,若光線被遮光條遮擋,光電門會輸出高電壓?；瑝K在細(xì)線的牽引下向左加速運動,遮光條經(jīng)過光電門1、2時,通過與光電門相連的計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖像。
甲
乙
丙
(1)實驗前,接通氣源,將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,計算機屏幕上顯示的電壓U隨時間t變化的圖像如圖乙所示,則要將氣墊導(dǎo)軌右側(cè) (選填“調(diào)低”或“調(diào)高”)。
(2)用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖丙所示,則d= mm。
(3)若圖乙是正確操作所得圖像,則滑塊運動的加速度大小a= (用題干已知物理量和測得物理量的字母符號表示)。
【答案】(1)調(diào)低 (2)9.50 (3)(t1-t2)dt1t2t
【解析】
(1)因為t2

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