高考物理一轮复习课时练习 第1章第5练　实验一：探究小车速度随时间变化的规律（含详解）

1．(2023·云南曲靖市模拟)某同学利用图甲所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．长木板上方的细线必须与长木板平行B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到工作频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点未画出)。x1＝0.96cm，x2＝2.88cm，x3＝4.80cm，x4＝6.72cm，x5＝8.64cm，x6＝10.56cm。则小车的加速度a＝________m/s2，打点计时器在打F点时小车的速度v＝______m/s。(结果均保留三位有效数字)2．小明同学用手机拍摄视频的方法测量木块做匀变速直线运动的加速度，测量方法和步骤如下：(1)如图，在长木板侧面平行木板固定一刻度尺(单位为：cm)，并按图组装好其他器材，调节滑轮使细线与木板________。(2)将具有高清摄像功能的手机正对长木板侧面用支架固定并调试好，先固定木块，在左边挂上钩码；启动手机录像后，释放木块，让钩码带动木块加速运动，钩码落地后结束录像。(3)在视频编辑软件上回放录像，拖动时间进度条，按时间先后顺序找出t1、t2、t3时刻木块前端对应刻度尺上的刻度值分别为s1、s2、s3，其中图中木块前端对应的刻度值为________cm，已知t2－t1＝t3－t2＝T，则木块的加速度大小a＝__________________(用题中物理量符号表示)。3．(2022·辽宁卷·12)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。(1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要________________(填“天平”或“刻度尺”)；(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示；编号1遮光带2遮光带3遮光带…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝______m/s(结果保留两位有效数字)；(3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝____________________(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：______________________________________________________________________________。4．“筋膜枪”是利用内部电机带动“枪头”高频冲击肌肉，缓解肌肉酸痛的装备。某同学为了测量“枪头”的冲击频率，如图(a)将带限位孔的塑料底板固定在墙面上，“枪头”放在限位孔上方，靠近并正对纸带。启动筋膜枪，松开纸带，让纸带在重锤带动下穿过限位孔，“枪头”在纸带上打下系列点迹。更换纸带，重复操作，得到多条纸带，选取点迹清晰的纸带并舍去密集点迹，完成下列实验内容：(1)该同学发现点迹有拖尾现象，他在测量各点间距时，以拖尾点迹左边为测量点，如图(b)。①纸带的________(选填“左”或“右”)端连接重锤；②取重力加速度为9.8m/s2，可算得“枪头”的冲击频率为________Hz，A点对应的速度为________m/s；(计算结果均保留两位有效数字)(2)该次实验产生误差的原因有A．纸带与限位孔间有摩擦力B．测量各点间的距离不精确C．“枪头”打点瞬间阻碍纸带的运动其中最主要的原因是________(选填“A”“B”或“C”)。5.在暗室中用如图甲所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。④采集数据进行处理。(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率与水滴滴落的频率满足的条件是____________________________________________________________________。(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图乙所示，根据数据测得当地重力加速度g＝________m/s2；第8个水滴此时的速度v8＝________m/s。(结果都保留3位有效数字)(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：_________________________________。6．(2023·广东潮州市三模)小明发现，在夜景照片中，车灯常常会划出一道道美丽的弧线，受此启发，他决定利用发光小球自由下落时在照片上留下的光弧，来测量当地重力加速度。设计实验步骤如下：①在黑暗的房间里，如图甲所示将相机正对竖直的刻度尺放置，调节相机快门为100(即曝光时间Δt为eq\f(1,100)s)；②将发光小球从刻度尺零刻度处由静止释放，待小球下落至与相机近似等高位置时按下相机快门，得如图乙所示的照片，读出亮线上边沿到释放点的距离H，亮线的长度d(曝光时间Δt内小球的位移)；③用Δt内的平均速度近似等于小球下落高度H＋eq\f(d,2)时的瞬时速度，进而计算出重力加速度g；④重复步骤②③，读出数据如表所示，计算g的平均值，测得当地重力加速度。第一张图第二张图第三张图d/cm2.502.803.20H/cm31.339.5051.70(1)根据表中数据，小球在第三张图中曝光时间Δt内的平均速度大小v＝______m/s(结果保留两位有效数字)。(2)根据步骤③计算当地重力加速度的表达式为g＝____________________(用Δt、H、d表示)。(3)本实验测得的重力加速度______(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(4)为减小实验误差，可以采取下列哪些措施________。A．选用密度大、体积小的发光小球B．选用密度小、体积大的发光小球C．将相机快门调整为125D．将相机快门调整为60第5练实验一：探究小车速度随时间变化的规律1．(1)AB(2)1.920.960解析(1)长木板上方的细线必须与长木板平行，故A正确；实验中应先接通电源再释放小车，故B正确；该实验测量速度随时间的变化，所以不需要小车的质量远大于钩码的质量，也不需要平衡摩擦力，故C、D错误。(2)根据逐差法可知加速度a＝eq\f(xDG－xAD,9t2)＝eq\f(6.72＋8.64＋10.56－0.96－2.88－4.80,9×0.12)×10－2m/s2＝1.92m/s2，根据EG的平均速度等于F点的瞬时速度有vF＝eq\f(xEG,2t)＝0.960m/s。2．(1)平行(3)17.25(17.24、17.26也可)eq\f(s3－2s2＋s1,T2)解析(1)为了使木块能够做匀变速运动，需要调节滑轮使细线与木板平行。(3)刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到0.01cm，所以读数为17.25cm。木块的加速度大小为a＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(s3－s2－s2－s1,T2)＝eq\f(s3－2s2＋s1,T2)。3．(1)刻度尺(2)1.5(3)eq\f(2dΔt1－Δt2,Δt1Δt2Δt1＋Δt2)(4)光栅板受到空气阻力的作用解析(1)该实验测量重力加速度，不需要天平测质量；需要用刻度尺测量遮光带(透光带)的宽度，故需要刻度尺。(2)根据平均速度的计算公式可知v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(4.50×10－2m,30.00×10－3s)＝1.5m/s。(3)根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的速度，有v1＝eq\f(d,Δt1)，v2＝eq\f(d,Δt2)，v2＝v1＋g·eq\f(Δt2＋Δt1,2)可得g＝eq\f(2dΔt1－Δt2,Δt1Δt2Δt1＋Δt2)。(4)光栅板下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于重力加速度。4．(1)左401.5(2)C解析(1)①重锤自由落体，速度越来越大，纸带点迹间的距离越来越大，所以纸带的左端连接重锤；②由逐差法g＝eq\f(x3＋x4－x1－x2,4T2)，其中f＝eq\f(1,T)，代入数据解得f＝eq\r(\f(4g,x3＋x4－x1－x2))＝eq\r(\f(4×9.8,45.9＋39.9－27.6－33.7×10－3))Hz＝40Hz，根据匀变速直线运动的规律可得A点的速度为vA＝eq\f(x2＋x3,2T)＝eq\f(0.0337＋0.0399,2)×40m/s≈1.5m/s。(2)该次实验产生误差其中最主要的原因是“枪头”打点瞬间阻碍纸带的运动，故A、B错误，C正确。5．(1)频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率(2)9.722.27(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率不恒定)解析(1)后一水滴经过一个频闪间隔运动到前一水滴的位置，可看到一串仿佛固定不动的水滴，即频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率时，水滴仿佛不动。(2)由逐差法知，g＝eq\f(h8－10－h6－8,\f(2,f)2)＝eq\f([43.67－26.39－26.39－13.43]×10－2,\f(2,30)2)m/s2＝9.72m/s2；平均速度等于中间时刻的瞬时速度v8＝eq\f(h7－9,\f(2,f))＝eq\f(34.48－19.36×10－2,\f(2,30))m/s≈2.27m/s。(3)存在空气阻力会对水滴的运动产生影响，水滴滴落的频率不恒定也会对实验产生影响。6．(1)3.2(2)eq\f(d2,2H＋dΔt2)(3)小于(4)AC解析(1)小球在第三张图中曝光时间Δt内的平均速度大小v＝eq\f(d3,Δt)＝eq\f(3.20×10－2,\f(1,100))m/s＝3.2m/s(2)由自由落体运动规律得v2＝2g(H＋eq\f(d,2))，又v＝eq\f(d,Δt)，联立解得g＝eq\f(d2,2H＋dΔt2)(3)忽略空气阻力的情况下，设小球下落H的速度为v1，下落H＋eq\f(d,2)的速度为v2，下落H＋d的速度为v3，由自由落体运动规律得v12＝2gH，v22＝2g(H＋eq\f(d,2))，v32＝2g(H＋d)易得v2＝eq\r(\f(v12＋v32,2))，而小球在曝光时间内的平均速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(v1＋v3,2)因为v2－v22＝－eq