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2019-2020年高中物理 每日一題之快樂暑假 第16天 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（含解析）新人教版 考綱要求：Ⅱ 難易程度：★★★☆☆ 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中， （1）下列說法正確的是_________。 A．打點計時器不一定要使用交流電 B．在釋放小車前，小車應(yīng)緊挨在打點計時器旁 C．應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點后再釋放小車 D．打點計時器工作電壓一定是6 V交流電 （2）某次實驗中得到的一條紙帶如圖所示，從比較清晰的點起，每五個計時點取一個點作為計數(shù)點，分別標(biāo)作0、1、2、3、4。量得2、3兩計數(shù)點間的距離s3=30.0 mm，3、4兩計數(shù)點間的距離s4=48.0 mm，則小車在打3計數(shù)點時的速度為__________m/s，小車的加速度為__________m/s2。 【參考答案】（1）BC （2）0.39 1.8 【試題解析】（1）打點計時器一定要使用交流電，A錯誤；在釋放小車前，小車應(yīng)緊挨在打點計時器旁，B正確；應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點（打點穩(wěn)定）后再釋放小車，C正確；電磁打點計時器工作電壓是4~6 V交流電，D錯誤。 （2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程的平均速度，可得打計數(shù)點3時小車的速度，根據(jù)逐差法可得小車的加速度a= =m/s2=1.8 m/s2。 【知識補給】 紙帶數(shù)據(jù)的處理 紙帶上的點跡包含著直線運動過程中的豐富信息，通過數(shù)點就可以得到時間，用刻度尺直接測量就可以得到位移，通過計算，一般還能得到瞬時速度和加速度。 （1）計算瞬時速度常用到的規(guī)律是：勻變速直線運動中某過程的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。 （2）計算勻變速直線運動的加速度，常用逐差法公式Δx=aT2 設(shè)兩段相鄰的相等時間間隔（T）內(nèi)的位移分別為x1、x2，則由運動學(xué)公式有x1=v0T+aT2，x2=v1T+aT2，聯(lián)立可得Δx=x2–x1=（v1–v0）T=aT2，這里的T不必一定取打點周期或計數(shù)點間時間間隔，而應(yīng)結(jié)合具體情境進(jìn)行選取，一般來說應(yīng)使所選取的范圍盡量大，以減小誤差。 對兩段不相鄰，但等時間間隔（T）的位移xn、xm（xn、xm之間的時間間隔為（m–n–1）T），由運動學(xué)公式有xn=vn–1T+aT2，xm=vm–1T+aT2，聯(lián)立可得xm–xn=（vm–1–vn–1）T=（m–n）aT2。 在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗時，下列說法正確的是 A．在紙帶上選取記數(shù)點，必須每5個點選取一個 B．在進(jìn)行該探究實驗時，應(yīng)該讓小車的加速度盡量小些 C．在利用速度–時間圖象處理實驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)選取間隔較遠(yuǎn)的兩點由加速度的定義式計算加速度的大小 D．在進(jìn)行該探究實驗時，電磁打點計時器可用低壓直流電源 在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，下列說法中正確的是 A．通過調(diào)節(jié)，應(yīng)使小車、紙帶、拉線和定滑輪上邊緣在一條直線上 B．坐標(biāo)軸單位長度越小越好 C．開始前要先接通電源后松紙帶，打完點要先斷開電源后取紙帶 D．鉤碼的質(zhì)量越大越好 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，使用電磁打點計時器（所用交流電的頻率為50 Hz）得到如圖所示的紙帶。圖中的點為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有四個點未畫出來，下列表述正確的是 A．實驗時應(yīng)先放開紙帶再接通電源 B．相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s C．可表示出最接近計數(shù)點B對應(yīng)的速率 D．相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.02 s 在測定勻變速直線運動的加速度的實驗中，打點計時器使用的交流電的頻率為50 Hz，記錄小車做勻變速運動的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇標(biāo)為0~5的6個計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出。紙帶旁并排放著帶有最小刻度為毫米的刻度尺，零點跟0計數(shù)點對齊，由圖可以讀出1、3、5三個計數(shù)點跟0點的距離d1、d3、d5，填入表格中。 計算打計數(shù)點2時小車的速度為_________m/s，打計數(shù)點4時小車的速度為_________m/s；小車的加速度是____________m/s2。 在測定勻變速直線運動的加速度實驗中，如圖為接在周期T=0.02 s低壓交流電源上的打點計時器，在紙帶做勻加速直線運動時打出的一條紙帶，每5個計時點取1個計數(shù)點，但第3個計數(shù)點沒有畫出。由圖中的數(shù)據(jù)可得：（計算結(jié)果均保留兩位小數(shù)） （1）該物體的加速度為_________m/s2。 （2）第3個計數(shù)點與第2個計數(shù)點的距離約為________cm。 （3）打第2個計數(shù)點時該物體的速度約為__________m/s。 實驗中，如圖甲所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1 s。 （1）根據(jù)紙帶可判定小車做________運動。 （2）根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD=_______m/s，vC=_______m/s，vB=_______m/s。在如圖乙所示坐標(biāo)中作出小車的v–t圖線。小車的加速度a=________。 （3）將圖線延長與縱軸相交，交點對應(yīng)的速度的物理意義是_____________________。 用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 主要實驗步驟如下： a．安裝好實驗器材。接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次。 b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O（t=0），然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。 c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……。 d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖3所示。 結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)： （1）在下列儀器和器材中，還需要使用的有____________和___________（填選項前的字母）。 A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平（含砝碼） （2）在圖3中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v–t圖象。 （3）觀察v–t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是__________________。v–t圖象斜率的物理意義是______________________。 （4）描繪v–t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對△t的要求是______（選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”）；從實驗的角度看，選取的△x大小與速度測量的誤差______（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。 【參考答案】 應(yīng)先接通電源后釋放紙帶，打完點后，應(yīng)先斷開電源后取紙帶，C正確。如果實驗中加速度過大，會導(dǎo)致打出的點非常少，不利于我們研究，所以鉤碼的質(zhì)量不是越大越好，D錯誤。 BC 在“研究勻變速直線運動”的實驗中，實驗時應(yīng)先接通電源再放開紙帶，故選項A錯。B點為A與C點的中間時刻，有vB＝，故選項C對。由于相鄰兩計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，所以時間間隔為0.1 s，故選項D錯，B對。 1.20 5.40 12.00 0.21 0.33 0.6 按刻度尺的讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)，要估讀到最小刻度的下一位，d1、d2、d3分別讀得1.20 cm、5.40 cm、12.0 cm，可得打計數(shù)點2時小車的速度為，打計數(shù)點4時小車的速度為；由逐差法可得a==m/s2=0.6 m/s2。 （1）0.74 （2）4.36 （3）0.40 （1）由勻變速直線運動的推論xm–xn=（m–n）at2，得a==m/s2=0.74 m/s2。 （2）設(shè)第3個計數(shù)點與第2個計數(shù)點的距離為x2，由，得。 （3）打計數(shù)點1和計數(shù)點2過程的中間時刻，物體的速度，則打計數(shù)點2時物體的速度。 （1）勻加速直線 （2）3.90 2.64 1.38 如圖 12.6 m/s2 （3）小車經(jīng)過A點的速度 （1）根據(jù)?x=aT2，由紙帶數(shù)據(jù)可知?x=12.6 cm，可判斷小車做勻加速直線運動。 （1）AC （2）C點的橫坐標(biāo)為3T，縱坐標(biāo)為 如圖所示 （3）小車的速度隨時間均勻變化 加速度 （4）越小越好 有關(guān) （1）打點計時器需用交流電源；為了計算速度需要利用刻度尺測量長度。故需要的儀器選AC。 （2）利用所給點跡描點連線，得圖象 【點睛】本題考查了速度與與時間得關(guān)系，速度沒有辦法直接測量，所以要利用物理關(guān)系轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換成我們能夠測量的量，然后在來驗證速度與時間得關(guān)系。