浙江省2019_2020学年高中物理第十章课时训练1用打点计时器测速度(含解析)

课时训练1 用打点计时器测速度、探究小车速度随时间变化的规律和探究加速度与力、质量的关系 基础巩固 1.某同学利用如图所示电路做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。

(1)某次实验中打出的纸带如图甲所示,则该同学出错的原因是 。 A.纸带置于复写纸上方 B.纸带没有穿过限位孔 C.小车运动方向与纸带不在一条直线上 D.所挂钩码太多 (2)该同学在老师指导下纠正上述错误后,正确打出纸带如图乙所示,根据纸带计算各点的瞬时速度,将D点的速度填入下表(保留三位有效数字)。

t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 v(m/s) 0.126 0.153 0.203 0.225 (3)在图丙所示坐标系中作出小车的v-t图线。

(4)根据图线求出a= m/s2(保留两位有效数字)。 (5)将图线延长与纵轴相交,此交点的物理意义是 。 解析:(1)由于打出的点不在一条直线上,说明小车在运动过程中,纸带左右摆动,纸带没有通过限位孔,选项B正确。 (2)D点的瞬时速度等于C,E间的平均速度,

故vD== m/s=0.180 m/s。 (3)根据表中数据在坐标系中描点,连线,如图所示。 (4)在vt图象中,图象的斜率表示加速度, 则a= m/s2≈0.26 m/s2。 (5)将图线延长与纵轴相交,表示零时刻的速度,即A点的速度。 答案:(1)B (2)0.180(0.178～0.182均可) (3)见解析图 (4)0.26(0.22～0.26均可) (5)代表A点的速度 2.在做“研究匀变速直线运动”的实验时, (1)电磁打点计时器工作时使用的电源是低压电源,应接于如图甲中的 (选填“①”或“②”)接线柱,其打点频率为 Hz。

(2)某同学是采用vt图象来求加速度的。如图乙是实验中打出的一条纸带的一部分,纸带上标出了连续的3个计数点,依次为B,C,D,相邻计数点之间还有4个点没有画出。打点计时器接在频率为50 Hz的交变电源上。打点计时器打C点时,小车的速度为 m/s。(结果保留两位有效数字)

(3)其余各点的速度都标在了vt坐标系中,如图丙所示。t=0.10 s时,打点计时器恰好打B点。请你将(2)中所得结果标在图丙所示坐标系中(其他点已标出),并作出小车运动的vt图线;利用图线求出小车此次运动的加速度a= m/s2。(结果保留两位有效数字) 解析:(2)相邻计数点间时间间隔T=0.1 s, 由匀变速直线运动的特点可知

vC== m/s=0.44 m/s。 (3)如图所示(作图时舍去其中不合理的点),在vt图线中,图线的斜率大小等于小车运动加速度大小,即在图线上取两点,根据a=可得a=1.0 m/s2。

答案:(1)① 50 (2)0.44 (3)图象见解析 1.0 3.在进行“探究加速度与力、质量的关系”实验中, (1)下图为实验前进行平衡阻力操作时,按下打点计时器开关前的实验情景图,相关操作不妥的有:(请写出两点) 、 。

(2)实验中要进行砝码质量m和小车质量M的选取,以下最合理的一组是 。 A.M=300 g,m=10 g,20 g,30 g,40 g,50 g,60 g B.M=300 g,m=10 g,30 g,50 g,70 g,90 g,110 g C.M=600 g,m=10 g,20 g,30 g,40 g,50 g,60 g D.M=600 g,m=10 g,30 g,50 g,70 g,90 g,110 g 解析:(1)打点计时器应使用交流电源,且平衡摩擦力时,不应将装砝码的托盘系在小车上。 (2)为了保证实验数据的科学性,应该使小车的质量远远大于砝码及砝码盘的质量,故选C。 答案:(1)打点计时器不应接直流电源 平衡摩擦力时不应将装砝码的托盘系在小车上 (2)C 4.用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下: A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量; B.按图装好实验器材; C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶; D.将电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量; E.保持小桶及其中沙子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验; F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值; G.作aM关系图象,并由图象确定aM关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ,该步骤应排在 步骤之后。 (2)在上述步骤中,有错误的是 ,应把 改为 。 (3)在上述步骤中,处理不恰当的是 ,应把 改为 。 解析:实验中把小桶及其中沙子的重力看做与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力,应安排在步骤B之后进行;电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在6 V以下交流电源上。作aM关系图象,得到的是双曲线,很难作出正确的判断,

必须“化曲为直”,改作a关系图象。 答案:(1)平衡摩擦力 B (2)D 电压为6 V的蓄电池 6 V以下交流电源

(3)G a-M a- 5.电火花计时器和电磁打点计时器都是一种计时的仪器,均使用交流电源,若电源的频率为50 Hz 时,它们每隔 s打一个点。 (1)实验开始时,应该先 再 (选填“释放纸带”或“接通电源”)。 (2)实验时,牵动纸带的快慢不均匀,对相邻两点所表示的时间 (选填“有”或“没有”)影响。 (3)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,如图所示为一次记录小车运动情况的纸带。图中A,B,C,D,E为相邻的计数点,相邻计数点的时间间隔为T=0.1 s。根据实验给出的数据可以判断小车:①D点的瞬时速度大小为 m/s;②运动小车的加速度大小为 m/s2。(要求保留3位有效数字) 解析:电火花计时器和电磁打点计时器使用的电源频率为 50 Hz,所以打点周期为0.02 s。 (1)实验过程中应该先接通电源,再释放纸带。 (2)没有影响。打点计时器打点周期为0.02 s,与两点之间的距离 无关。

(3)利用EC段的平均速度求D点的瞬时速度vD==1.58 m/s;再分别求出B,C点的速度,从而求得加速度的大小 a=3.52 m/s2。 答案:0.02 (1)接通电源 释放纸带 (2)没有 (3)1.58 3.52 能力提高 6.数字化信息系统DIS(位移传感器、数据采集器、计算机等),应用传感器和数据采集器自动获取和输入实验数据,通过计算机的快速处理得到实验的结果,提高了教学效率,使学生可以有更多的时间用于自主探究活动,改变传统的教学模式。 下面通过DIS在长木板上研究物体加速度与力的关系,如图甲实验 装置。

(1)本实验中 (选填“要”或“不要”)平衡摩擦力。 (2)本实验钩码所受的重力作为小车所受拉力,需要满足 。 (3)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。通过多次实验,得到数据,画出图象(如图乙所示)。结果发现图象明显偏离直线,造成此误差的主要原因是 。 A.小车与轨道之间存在摩擦 B.导轨保持了水平状态 C.所挂钩码的总质量太大 D.所用小车的质量太大 (4)如图乙,F不断增大,AB这一曲线不断延伸,那么加速度趋向值为 。如图乙,F不断增大,那么绳子的拉力趋向值为 。 解析:(1)在研究物体加速度与力的关系时,用钩码所受的重力作为小车所受的合力,所以需要平衡摩擦力; (2)以小车与钩码组成的系统为研究对象, 系统所受的合外力等于钩码的重力mg, 由牛顿第二定律得mg=(M+m)a,

小车的加速度a=,

小车受到的拉力F=Ma=, 当m≪M时,可以认为小车受到的合力等于钩码的重力,所以应满足钩码质量远小于小车和位移传感器的总质量; (3)小车与轨道之间存在摩擦,会造成图象不过原点,不会造成aF图象偏离直线,故A错误;只有导轨保持水平,小车受到的拉力才保持不变,所以导轨保持水平,不会造成aF图象偏离直线,故B错误;如果钩码的质量太大,则小车受到的合力小于钩码的重力,实验误差较大,aF图象偏离直线,故C正确;当m≪M时,可以认为小车受到的合力等于钩码的重力,aF图象是一条直线,故D错误。 (4)当钩码的质量远小于小车的总质量时,钩码所受的重力才能作为小车所受合外力,如果增

大钩码的质量,则合外力增大,AB这一曲线不断延伸,根据小车的加速度a=,当M≪m时,加速度趋向值为g;此时对于小车和位移传感器,F=Ma,F趋向值为小车和位移传感器的总 重力。 答案:(1)要 (2)钩码质量远小于小车和位移传感器的总质量 (3)C (4)g 小车和位移传感器的总重力 7.在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中,某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层水平轨道表面光滑,可不计摩擦。两小车前端系上细线,细线跨过定滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使小车同时开始运动,然后同时停止。

(1)在安装实验装置时,应调整滑轮的高度,使 ; 在实验时,为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的总质量 (选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。 (2)本实验通过比较两小车的 (选填“质量”“位移”或“速度”)来比较小车加速度的大小,能这样比较,是因为 。 解析:(1)小车与滑轮之间的细线水平(或与轨道平行)时,小车受拉力才是恒定的。只有在满足砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量的条件下,小车所受的合力即细线拉力才等于砝码和砝码盘的总重力。

(2)两车从静止开始做匀加速直线运动,且两车的运动时间相等,根据x=at2知,x与a成正比。所以,本实验是通过比较两小车的位移来比较两小车加速度的大小。 答案:(1)小车与滑轮之间的细线水平(或与轨道平行) 远小于 (2)位移 两车从静止开始做匀加速直线运动,且两车的运动时间相等,位移与加速度成正比 8.小明同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验,桌上已经有一系列器材:附有定滑轮的轨道、小车、纸带、细绳、钩码、塑料小桶、砝码、刻度尺、学生电源及导线等。