专题2 纸带类实验解答总结-【实验攻略】备战2024高考实验攻略之各类实验解答总结（解析版）

第第页专题2纸带类实验解答总结【本专题涉及到的常见的实验】1、实验：探究小车速度随时间变化的规律2、实验：探究加速度与力、质量的关系3、实验：验证动能定理（探究做功与速度变化的关系）4、实验：验证机械能守恒定律5、实验：测量动摩擦因数6、实验：研究自由落体运动规律7、实验：验证动量守恒定律【方法总结提升】1、利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).2、利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)，则a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)3、利用速度－时间图像求加速度①作出速度－时间图像，通过图像的斜率求解小车的加速度；②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．4、依据纸带判断小车是否做匀变速直线运动①x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离．②Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….③若Δx等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动．④Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．4．注意事项①平行：纸带、细绳要与长木板平行．②两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带．③小车从靠近打点计时器位置释放．【例题1】某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图，A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0、34.0、53.0和77.0。则：（1）打B点时小车的速度大小是；（2）小车运动的加速度大小是。（计算结果保留两位有效数字）【答案】0.170.50【解析】（1）该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，故计数点间的时间间隔为匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故打B点时小车的速度大小是（2）由图可知根据逐差法可得，小车运动的加速度大小是【例题2】图甲是某研究性学习小组探究木块加速度与合外力关系的实验装置，长木板置于水平桌面上。细线一端与木块相连，另一端通过一个定滑轮和一个动滑轮与固定的弹簧测力计相连，动滑轮下悬挂一个沙桶。改变桶中沙的质量进行多次实验，并记录相关数据。请完成下列问题：（1）利用该装置实验时，下列说法正确的是。A．实验前应将长木板靠近打点计时器的一端垫高，以平衡摩擦力B．每次在增加沙的质量后需要重新平衡摩擦力C．应将木块靠近打点计时器，先释放木块，再接通电源D．实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于木块的质量M（2）图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两个计数点间还有4个计时点（图中未标出），计数点间的距离如图所示，已知交流电频率为50Hz。利用纸带可得木块的加速度大小为a=m/s2（结果保留三位有效数字）。（3）两个同学在同一实验室，各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上，在没有平衡摩擦力的情况下，研究木块的加速度a与拉力F的关系，分别得到图丙中甲、乙两条直线。设两同学所用的木块质量分别为m甲、m乙，所用木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲m乙，μ甲μ乙。（选填“>”“＜”或“=”）【答案】A0.496<>【解析】（1）A．木块在水平轨道上所受合外力为细线上拉力和摩擦力的合力，因动摩擦因数未知，摩擦力为未知量，应通过垫高靠近打点计时器一侧的木板让重力在斜面上的分力与摩擦力相等，此时木块所受合外力为细线上拉力，故A正确；B．当重力在斜面上的分力与摩擦力相等时，有由此可知，当增加沙的质量后，重力在斜面上的分力与摩擦力依然相等，故每次在增加沙的质量后不需要重新平衡摩擦力，故B错误；C．为保证打在纸带上的点足够多，应将木块靠近打点计时器，先接通电源，再释放木块，故C错误；D．此实验中，木块所受的合外力等于弹簧测力计的示数，因此不需要满足沙和沙桶的总质量m远小于木块的质量M，故D错误。故选A。（2）相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1s，木块的加速度大小为（3）根据牛顿第二定律可得整理得由图像的斜率和纵轴截距大小关系可得可知【例题3】利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp=，动能增加量ΔEk=。（2）用纵轴分别表示重物动能增加量ΔEk及重力势能减少量ΔEp，用横轴表示重物下落的高度h。某同学在同一坐标系中做出了ΔEk—h和ΔEp—h图像，如图丙所示。由于重物下落过程中受阻力作用，可知图线（填“①”或“②”）表示ΔEk—h图像【答案】mghB②【解析】（1）从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp=mghB打B点的速度动能增加量（2）由于重物下落过程中受阻力作用，则重物下降一定高度，减小的重力势能大于增加的动能，可知②表示ΔEk—h图像。【例题4】在“探究恒力做功与物体速度变化的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置。实验步骤如下：①把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器；②改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力；③用细线将木板上的小车通过定滑轮与悬吊的砂桶相连（砂和桶总质量远小于小车总质量）；④接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点；⑤在纸带中选合适的点A、B、C、D…，测出它们到起点O的距离s1、s2、s3、s4…，并测出与它们相邻的两点间距离d1、d2、d3、d4…（如图乙），查得打点周期为T，将数据填入下表中；⑥保持砂和桶质量不变，增加小车质量，重复实验步骤④、⑤，将数据填入下表中。试问：（1）判断重力的一个分力是否与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是；（2）实验数据处理时，为什么探究功与v、v2、v3等的关系，而不是与、、等的关系？；（3）将表格中的数据填写完整；附表：小车第一次总质量M1=0.25kg，第二次总质量M2=0.5kg，T=0.02s测量点到O点的距离s(cm)测量点前后两点间距离d(cm)小车获得的速度v(m/s)小车获得速度的平方v2[(m/s)2]小车获得速度的三次方v3[(m/s)3]第一次A20.053.580.9008.10.73B40.005.061.271.612.05C60.156.201.552.403.72D80.247.16第二次A20.152.530.630.400.25B40.103.580.900.810.73C59.904.381.101.211.33D81.205.061.271.612.05（4）比较表中第一次各组数据，得到的实验结论为：；（5）比较表中一、二两次数据，得到的实验结论为：；（6）请运用表中第二次数据在图所示的坐标中作出相应的图象，验证理论的正确性（拉力用F表示）。()【答案】纸带上点迹间距相等速度随做功的增加而增加1.793.20W∝v2W∝Mv2【解析】（1）正好平衡掉摩擦力的判定依据是：若分力与小车及纸带受到的摩擦力平衡，小车做匀速运动，纸带点迹间隔应该相等。（2）因为得到的数据显示速度随做功的增加而增加，故我们只考虑正比关系，而不必考虑反比关系。（3）由平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得测量点D的速度为测量点D的速度平方为（4）由数据可以看出，位移与速度平方成正比，又功W=Fs，故可知功与速度平方成正比，即：W∝v2。（5）比较表中一、二两次数据，可以看出功与质量也成正比，故综合（4）的结论可知：W∝Mv2（6）由表格中的第二次数据，建立纵轴为功，横轴为速度平方，描点作图如图1．如图1所示，用质量为的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“牛顿第二定律实验”的实验。（1）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是；A．把长木板右端垫高

B．改变小车的质量（2）在不挂重物且（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响；A．计时器不打点

B．计时器打点（3）电源频率为，启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图2所示，图中相邻两点间有4个点未画出。根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：①在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为。在打出D点时，物块的速度大小为（都保留两位有效数字）；②物块的加速度大小为。（保留两位有效数字）【答案】AB0.560.962.0【解析】（1）平衡摩擦力的正确操作方法是把长木板右端垫高，使得重力沿木板方向的分力与摩擦力和其他阻力平衡，使小车做匀速直线运动。故选A。（2）判断小车做匀速直线运动是根据纸带上点迹是否均匀判定，需计时器打点。故选B。（3）①由打点计时器所用交流电的频率为，且每相邻两计数点间还有4个点得根据匀变速直线运动某段时间内平均速度等于中间时刻瞬时速度得②由逐差法可得小车加速度2．某同学进行“探究加速度与物体受力、质量的关系”的实验，将实验器材按图甲所示安装。已知打点计时器的工作频率为50Hz，请完成下列相关内容：（1）该同学在进行平衡摩擦力的操作时，将木板垫高后，在不挂小吊盘（含砝码）的情况下，轻推小车，让小车拖着纸带运动，得到如图乙所示的纸带，则该同学平衡摩擦力时木板的倾角（选填“过大”、“过小”或“适中”）；（2）关于本实验，下列说法正确的是；（填正确答案标号）A．连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行B．每次改变小车的质量后要重新平衡摩擦力C．必须保证小车及车中砝码的总质量远小于小吊盘和盘中砝码的总质量（3）该同学按步骤（1）操作后，保持小车质量不变，通过改变小吊盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力，得到了多组数据，实验中得到如图丙所示的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点之间还有四个点未画出，测得x1＝1.78cm，x2＝2.62cm，x3＝3.40cm，x4＝4.19cm，x5＝5.03cm，x6＝5.82cm，根据以上数据，可求出小车的加速度大小a＝m/s2。（结果保留两位有效数字）【答案】过小A0.80【解析】（1）纸带上的间距随小车运动不断减小，说明小车在做减速运动，即平衡摩擦力不够，即平衡摩擦力时木板的倾角过小。（2）A．连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行，这样能够保证绳子的拉力方向和小车运动方向相同，A正确；B．根据可知质量被约掉了，则每次改变小车质量后无需平衡摩擦力，B错误；C．小车及车中砝码的总质量应远大于小吊盘和盘中砝码的总质量，C错误。故选A。（3）因相邻计数点之间还有四个点未画出，则根据逐差法，有3．如图所示，某同学在一次实验中，利用某物体打出了一条纸带，A、B、C、D、E、F是纸带上6个依次打的点，打点计时器的电源频率为50Hz。该同学用毫米刻度尺测量A点到其它各点的距离，并记录在图中。（1）物体运动的加速度是m/s2（保留两位有效数字）（2）该同学最可能完成的是下列哪个实验？。A．探究加速度与力、质量的关系B．验证机械能守恒定律C．测量木块与木板间的动摩擦因数（3）根据第（2）问的结论，若要求出物体在运动过程中受到的阻力，还需测量的物理量是（用字母表示并说明含义）。用还需测得的量及加速度a表示物体在运动过程中所受阻力的表达式f=（当地重力加速度为g）。【答案】9.5B物体质量m【解析】（1）利用逐差法及公式解得物体运动的加速度（2）因重物的加速度接近于重力加速度，该同学最可能完成的是验证机械能守恒定律。故选B。（3）根据牛顿第二定律得解得则为了求出物体在运动过程中受到的阻力，还需测量的物理量是物体的质量m；物体在运动过程中所受阻力的表达式为4．某同学利用图（甲）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5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图（乙）所示。打点计时器电源的频率为50Hz。（1）本实验（填“需要”或“不需要”）满足重物质量远小于物块质量。（2）物块减速运动过程中加速度的大小为a=m/s2（结果保留3位有效数字）。（3）若用计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值（填“偏大”或“偏小”）。【答案】不需要2.00偏大【解析】（1）本实验不需要用重物的重力代替物块所受的拉力，故不需要满足重物质量远小于物块质量。（2）由纸带可知，计数点7往后做减速运动，根据逐差法得负号表方向，则加速度大小为。（3）在减速阶段产生加速度的力是滑动摩擦力和纸带受的阻力，所以计算结果比动摩擦因数的真实值偏大。5．某同学采用如图甲所示的装置验证规律:物体的质量一定时，其加速度与所受外力成正比。实验过程如下:a.按图甲把实验器材安装好，不挂槽码，反复移动垫木（图中未画出），直到小车做匀速直线运动。b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码，接通电源，放开小车，打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。c.保持小车质量M不变多次增加槽码，再重复步骤b。d.算出每条纸带对应的加速度值。e.用纵坐标表示加速度，横坐标表示槽码的重力（视为拉力），做出图像。根据上述实验，完成下述问题:（1）在步骤d中，该同学采用图像求加速度。如图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的五个计数点，依次为，相邻计数点之间还有四个点未画出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。打点计时器打点时，小车的速度为m/s;（保留3位有效数字）（2）点的速度都标在了坐标系中，如图丙所示做出小车运动的图像，利用图像求出小车此次运动的加速度:（保留2位有效数字）（3）最终该同学所得小车运动的图像如图所示，从图中我们可以看出图像是一条经过原点的直线。根据图像可以确定下列说法中错误的是A．本实验中小车质量一定时，其加速度与小车受力成正比B．当槽码足够大时小车的加速度可能大于重力加速度C．可以确定小车的质量是0.5kg（4）另一同学按照相同的步骤做了上述实验，画出的图像如图所示，你认为造成该图线不过原点的原因是A．平衡摩擦力不足B．平衡摩擦力过度C．不满足槽码质量远小于小车质量D．操作错误（5）认为砝码和盘所受的总重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求砝码和盘的总质量比小车质量小得多。请分析说明这个要求的理由。【答案】0.441.0BAB/BA见解析【解析】（1）中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度（2）在匀变速直线运动中，v=v0+at，故v-t图像应为线性关系，画图时让尽量多的点落在直线上即可（3）A．由图线可得：F与a成正比，故A正确；B．小车的加速度所以加速度不可能大于g，故B错误；C．图线的斜率k=所以M=0.5kg故C正确。本题选错误的，故选B。（4）另一同学按照相同的步骤做了上述实验，画出的图像，若过程中平衡摩擦力不足会造成该图线与纵坐标有截距，若平衡摩擦力过度图线与纵坐标有截距，故AB正确，CD错误。故选AB。（5）设绳子拉力为T，小车运动的加速度为a，小车质量为M，桶和砂的总质量为m。实验中平衡了摩擦力后，小车所受的合外力为绳子拉力T，对小车应用牛顿第二定律可得对桶和砂应用牛顿第二定律可得联立可得可见，当桶和砂的总质量比小车质量小得多时，绳子拉力近似等于沙和桶的总重力，即桶和砂所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的合力。6．某同学利用图甲所示的实验装置，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5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz。（1）打下计数点5时物块运动速度大小的测量值为m/s。（2）通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点和之间某时刻开始减速。（3）打下计数点6时物块运动速度大小的测量值为m/s；物块减速运动过程中加速度的大小为a＝m/s2。（保留三位有效数字）【答案】1.00671.162.00【解析】（1）频率为50Hz，每5个点取1个计数点，则周期，计数点5时物块运动速度大小（2）由纸带可知，在6之前两点间位移逐渐增大，7之后两点间位移在减小，做减速运动，因此在67之间某时刻开始做减速运动。（3）打下计数点6时物块运动速度大小减速过程加速度大小为7．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。（1）实验操作前，平衡摩擦力（选填“需要”或者“不需要”）。（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，打计数点4时小车的速度大小。（结果均保留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。（结果保留3位有效数字）【答案】不需要0.5040.8051.50【解析】（1）本实验是探究速度随时间的变化规律，因此不需要平衡摩擦力。（2）相邻计数点间的时间间隔为，打计数点2时的小车速度大小打计数点4时的小车速度大小（3）加速度大小8．在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验装置。操作如下：（1）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，先（填“增大”或“减小”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹间距相等为止。（2）已知小车的质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力，应该满足的条件是Mm（填“远小于”、“远大于”或“等于”）。（3）实验中得到如图丙所示的一条纸带，已知打点计时器所接交流电的频率为，两计数点间还有四个点没有画出，根据纸带可求出物块的加速度为。打图中第4个计数点时小车的速度为（结果保留三位有效数字）。（4）实验中长木板水平放置且细线平行于长木板，以绳的拉力F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的图像如图丁所示，求得图线的斜率为k，横轴截距为，且已知重力加速度为g，小车与长木板间的动摩擦因数为。（结果用、k、g表示）【答案】增大远大于1.970.994【解析】（1）先增大木板的倾角，使重力的沿斜面向下的分力平衡木板与小车间的摩擦力。（2）根据牛顿第二定律，对小车和盘与砝码整体分析得对小车分析，绳子的拉力所以当时，才能认为细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力。（3）两计数点间还有四个点没有画出，则相邻计数点的时间为0.1s，由逐差法可得得打计数点4时小车的速度为得（4）由牛顿第二定律得得所以有又当时，，即得9．某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图所示的装置，图中长木板水平固定，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行。（1）实验过程中，电火花打点计时器应接在（选填“直流”或“交流”）电源上。（2）图2是实验得到的一条点迹清晰的纸带，A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。测得计数点间的距离如图所示，试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打D点时小车的瞬时速度，小车运动的加速度。（3）已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数μ＝。【答案】交流0.391.26【解析】（1）电火花打点计时器应接在交流电源上；（2）相邻两计数点间的时间间隔打D点时小车的瞬时速度小车运动的加速度（3）小车在运动过程中受到绳的拉力F和滑动摩擦力，则有其中解得10．用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，小车P的前端粘有橡皮泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，轻推一下小车P，使之运动，小车P与静止的小车Q相碰后粘在一起向前运动。（1）下列说法正确的是。A．两小车粘上橡皮泥是为了改变两车的质量

B．两小车粘上橡皮泥是为了碰撞后粘在一起C．先接通打点计时器的电源，再推动小车P

D．先推动小车P，再接通打点计时器的电源（2）实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点A的距离。根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上（填“AB”“BC”“CD”或“DE”）段来计算小车P的碰前速度；测得小车P（含橡皮泥）的质量为，小车Q（含橡皮泥）的质量为，如果实验数据满足关系式，则可验证小车P、Q碰撞前后动量守恒（用、、、、、表示）。【答案】BCBC【解析】（1）AB．粘上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起，不是为了改变车的质量，故A错误；B正确；CD．为了打点稳定以及充分利用纸带打出更多的点，应先接通电源然后再让小车运动，故C正确；D错误；故选BC。（2）两小车碰撞前小车P做匀速直线运动，在相等时间内小车位移相等，由题图乙所示纸带可知，应选择纸带上的BC段求出小车P碰撞前的速度。设打点计时器打点时间间隔为T，由题图乙所示纸带可知，碰撞前小车的速度碰撞后小车的速度如果碰撞前后系统动量守恒，则即整理得11．某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。（1）对于本实验操作的说法正确的是。A．打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上B．需要用秒表测出重物下落的时间C．选用的重物的密度和质量大些，有利于减小误差D．选用的重物的密度和质量小些，有利于减小误差（2）若实验中所用重物的质量为1.0kg。某同学选取了一条前两个点间距接近2mm的纸带（如图2所示），0是打下的第一个点，打点时间间隔为0.02s，则在纸带上打下点3时重物的动能的增加量（相对0）可以计算得到，那么从打下点0至打下点3的过程中重物的重力势能减少量Ep=J（g=9.8m/s2，结果保留三位有效数字）。（3）发现动能的增加量和重力势能的减少量不相等，可能的原因是。【答案】AC/CA