浙江省2019-2020學年高中物理 第十章 課時訓練1 用打點計時器測速度（含解析）

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1、課時訓練1　用打點計時器測速度、探究小車速度隨時間變化的規(guī)律和探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 基礎(chǔ)鞏固 1.某同學利用如圖所示電路做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗。 (1)某次實驗中打出的紙帶如圖甲所示,則該同學出錯的原因是　　　　。? A.紙帶置于復寫紙上方 B.紙帶沒有穿過限位孔 C.小車運動方向與紙帶不在一條直線上 D.所掛鉤碼太多 (2)該同學在老師指導下糾正上述錯誤后,正確打出紙帶如圖乙所示,根據(jù)紙帶計算各點的瞬時速度,將D點的速度填入下表(保留三位有效數(shù)字)。 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 v(m/s) 0

2、.126 0.153 0.203 0.225 (3)在圖丙所示坐標系中作出小車的v-t圖線。 (4)根據(jù)圖線求出a=　　　　　m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。? (5)將圖線延長與縱軸相交,此交點的物理意義是　　　　。? 解析:(1)由于打出的點不在一條直線上,說明小車在運動過程中,紙帶左右擺動,紙帶沒有通過限位孔,選項B正確。 (2)D點的瞬時速度等于C,E間的平均速度, 故vD== m/s=0.180 m/s。 (3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標系中描點,連線,如圖所示。 (4)在vt圖象中,圖象的斜率表示加速度, 則a= m/s2≈0.26 m/s2。 (5)將

3、圖線延長與縱軸相交,表示零時刻的速度,即A點的速度。 答案:(1)B　(2)0.180(0.178～0.182均可)　(3)見解析圖 (4)0.26(0.22～0.26均可)　 (5)代表A點的速度 2.在做“研究勻變速直線運動”的實驗時, (1)電磁打點計時器工作時使用的電源是低壓電源,應接于如圖甲中的　　　　(選填“①”或“②”)接線柱,其打點頻率為　　　　 Hz。? (2)某同學是采用vt圖象來求加速度的。如圖乙是實驗中打出的一條紙帶的一部分,紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點,依次為B,C,D,相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出。打點計時器接在頻率為50 Hz的交變電源上。打點

4、計時器打C點時,小車的速度為　　 m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)? (3)其余各點的速度都標在了vt坐標系中,如圖丙所示。t=0.10 s時,打點計時器恰好打B點。請你將(2)中所得結(jié)果標在圖丙所示坐標系中(其他點已標出),并作出小車運動的vt圖線;利用圖線求出小車此次運動的加速度a=　　　　　　 m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)? 解析:(2)相鄰計數(shù)點間時間間隔T=0.1 s, 由勻變速直線運動的特點可知 vC== m/s=0.44 m/s。 (3)如圖所示(作圖時舍去其中不合理的點),在vt圖線中,圖線的斜率大小等于小車運動加速度大小,即在圖線上取兩點,根據(jù)a=可得

5、a=1.0 m/s2。 答案:(1)①　50　(2)0.44　(3)圖象見解析　1.0 3.在進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中, (1)下圖為實驗前進行平衡阻力操作時,按下打點計時器開關(guān)前的實驗情景圖,相關(guān)操作不妥的有:(請寫出兩點)　 、?　 。? (2)實驗中要進行砝碼質(zhì)量m和小車質(zhì)量M的選取,以下最合理的一組是　　　　。? 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

6、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)打點計時器應使用交流電源,且平衡摩擦力時,不應將裝砝碼的托盤系在小車上。 (2)為了保證實驗數(shù)據(jù)的科學性,應該使小車的質(zhì)量遠遠大于砝碼及砝碼盤的質(zhì)量,故選C。 答案:(1)打點計時器不應接直流電源　平衡摩擦力時不應將裝砝碼的托盤系在小車上　(2)C 4.用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系,某位同學設(shè)計的實驗步驟如下: A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量; B.按圖裝好實驗器材; C.把輕繩系在小車上并繞過定滑

7、輪懸掛小桶; D.將電磁打點計時器接在電壓為6 V的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,并在紙帶上標明小車的質(zhì)量; E.保持小桶及其中沙子的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個數(shù),并記錄每次增加后的M值,重復上述實驗; F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值; G.作aM關(guān)系圖象,并由圖象確定aM關(guān)系。 (1)該同學漏掉的重要實驗步驟是　　　　　　 　　,該步驟應排在　　　　　步驟之后。? (2)在上述步驟中,有錯誤的是　　　　 ,應把　　 　　改為　　　　　　　　。? (3)在上述步驟中,處理不恰當?shù)氖恰　　　　　　　?應

8、把　　　　　　　　改為　　　　　　　　。? 解析:實驗中把小桶及其中沙子的重力看做與小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故必須平衡摩擦力,應安排在步驟B之后進行;電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作,必須接在6 V以下交流電源上。作aM關(guān)系圖象,得到的是雙曲線,很難作出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a關(guān)系圖象。 答案:(1)平衡摩擦力　B (2)D　電壓為6 V的蓄電池　6 V以下交流電源 (3)G　a-M　a- 5.電火花計時器和電磁打點計時器都是一種計時的儀器,均使用交流電源,若電源的頻率為50 Hz 時,它們每隔　　　　s打一個點。? (1)實驗開始時,應該

9、先　　　　再　　　　(選填“釋放紙帶”或“接通電源”)。? (2)實驗時,牽動紙帶的快慢不均勻,對相鄰兩點所表示的時間　　　　(選填“有”或“沒有”)影響。? (3)在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中,如圖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)點的時間間隔為T=0.1 s。根據(jù)實驗給出的數(shù)據(jù)可以判斷小車:①D點的瞬時速度大小為　　 　　m/s;②運動小車的加速度大小為　　 　　m/s2。(要求保留3位有效數(shù)字)? 解析:電火花計時器和電磁打點計時器使用的電源頻率為 50 Hz,所以打點周期為0.02 s。 (1

10、)實驗過程中應該先接通電源,再釋放紙帶。 (2)沒有影響。打點計時器打點周期為0.02 s,與兩點之間的距離 無關(guān)。 (3)利用EC段的平均速度求D點的瞬時速度vD==1.58 m/s;再分別求出B,C點的速度,從而求得加速度的大小 a=3.52 m/s2。 答案:0.02　(1)接通電源　釋放紙帶　(2)沒有　 (3)1.58　3.52 能力提高 6.數(shù)字化信息系統(tǒng)DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等),應用傳感器和數(shù)據(jù)采集器自動獲取和輸入實驗數(shù)據(jù),通過計算機的快速處理得到實驗的結(jié)果,提高了教學效率,使學生可以有更多的時間用于自主探究活動,改變傳統(tǒng)的教學模式。 下面通過D

11、IS在長木板上研究物體加速度與力的關(guān)系,如圖甲實驗 裝置。 (1)本實驗中　　　　(選填“要”或“不要”)平衡摩擦力。? (2)本實驗鉤碼所受的重力作為小車所受拉力,需要滿足　 。? (3)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復測量。通過多次實驗,得到數(shù)據(jù),畫出圖象(如圖乙所示)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖象明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是　　　　。? A.小車與軌道之間存在摩擦 B.導軌保持了水平狀態(tài) C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D.所用小車的質(zhì)量太大 (4)如圖乙,F不斷增大,AB這一曲線不斷延伸,那么加速度趨向值為　　　 　。如圖乙,F不斷增大,那么繩子的拉力趨向值為　　

12、　　　　　　。? 解析:(1)在研究物體加速度與力的關(guān)系時,用鉤碼所受的重力作為小車所受的合力,所以需要平衡摩擦力; (2)以小車與鉤碼組成的系統(tǒng)為研究對象, 系統(tǒng)所受的合外力等于鉤碼的重力mg, 由牛頓第二定律得mg=(M+m)a, 小車的加速度a=, 小車受到的拉力F=Ma=, 當m?M時,可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力,所以應滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車和位移傳感器的總質(zhì)量; (3)小車與軌道之間存在摩擦,會造成圖象不過原點,不會造成aF圖象偏離直線,故A錯誤;只有導軌保持水平,小車受到的拉力才保持不變,所以導軌保持水平,不會造成aF圖象偏離直線,故B錯誤;如果鉤碼的質(zhì)量

13、太大,則小車受到的合力小于鉤碼的重力,實驗誤差較大,aF圖象偏離直線,故C正確;當m?M時,可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力,aF圖象是一條直線,故D錯誤。 (4)當鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量時,鉤碼所受的重力才能作為小車所受合外力,如果增大鉤碼的質(zhì)量,則合外力增大,AB這一曲線不斷延伸,根據(jù)小車的加速度a=,當M?m時,加速度趨向值為g;此時對于小車和位移傳感器,F=Ma,F趨向值為小車和位移傳感器的總 重力。 答案:(1)要　(2)鉤碼質(zhì)量遠小于小車和位移傳感器的總質(zhì)量 (3)C　(4)g　小車和位移傳感器的總重力 7.在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”實驗中,某小

14、組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。圖中上下兩層水平軌道表面光滑,可不計摩擦。兩小車前端系上細線,細線跨過定滑輪并掛上砝碼盤,兩小車尾部細線連到控制裝置上,實驗時通過控制裝置使小車同時開始運動,然后同時停止。 (1)在安裝實驗裝置時,應調(diào)整滑輪的高度,使　 ;? 在實驗時,為減小系統(tǒng)誤差,應使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量　　　　(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的質(zhì)量。? (2)本實驗通過比較兩小車的　　　　(選填“質(zhì)量”“位移”或“速度”)來比較小車加速度的大小,能這樣比較,是因為　?　 。? 解析:(1)小車與滑輪之間的細線水平(或與軌道平行)時,小車受

15、拉力才是恒定的。只有在滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的條件下,小車所受的合力即細線拉力才等于砝碼和砝碼盤的總重力。 (2)兩車從靜止開始做勻加速直線運動,且兩車的運動時間相等,根據(jù)x=at2知,x與a成正比。所以,本實驗是通過比較兩小車的位移來比較兩小車加速度的大小。 答案:(1)小車與滑輪之間的細線水平(或與軌道平行)　遠小于　(2)位移　兩車從靜止開始做勻加速直線運動,且兩車的運動時間相等,位移與加速度成正比 8.小明同學做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗,桌上已經(jīng)有一系列器材:附有定滑輪的軌道、小車、紙帶、細繩、鉤碼、塑料小桶、砝碼、刻度尺、學生電源及導線等。

16、(1)實驗還需要選用圖甲中的某些器材,其名稱是　　　。? (2)小明同學經(jīng)過正確操作,獲得如圖乙所示三條紙帶:一條紙帶是利用空車與空桶所得,一條是利用空車與加砝碼的小桶所得,一條紙帶是利用加鉤碼的小車與空桶實驗所得。哪條是利用空車與加砝碼的小桶實驗所得　　　　(選填“①”“②”或“③”)。? (3)小明經(jīng)過思考,進一步完善實驗用如圖丙所示裝置研究加速度與力的關(guān)系,圖中帶滑輪的長木板水平放置于桌面,拉力傳感器可直接顯示所受到的拉力大小。實驗時,下列操作必要且正確的是　　　。? A.未吊沙桶時將長木板右端適當墊高,使小車能自由勻速滑動 B.小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打

17、出一條紙帶,同時記錄傳感器的示數(shù) C.改變沙和沙桶質(zhì)量,打出幾條紙帶 D.用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量 E.為了減小誤差,實驗中一定要保證沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的 質(zhì)量 解析:(1)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中需要用打點計時器測量小車的加速度,所以選擇打點計時器;需要測量小車質(zhì)量,所以選擇天平。 (2)根據(jù)牛頓第二定律F=ma,空車時質(zhì)量m最小,加砝碼時小桶的拉力F最大,此時小車加速度最大,在三條紙帶中,紙帶③加速度最大。 (3)沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,原因是為了讓拉力F近似等于沙和沙桶的重力,在該實驗方案中由拉力傳感器可以直接讀出拉力大小,不需要沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,也不需要測出沙和沙桶的質(zhì)量,故D,E錯誤;平衡摩擦力使小車受到的合力為拉力,故A正確;為了打出更多的點,所以必須讓小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,故B正確;改變沙和沙桶質(zhì)量,打出幾條紙帶,目的是多次測量求平均值,故C正確。 答案:(1)電磁打點計時器(或打點計時器)、天平　 (2)③　 (3)ABC - 8 -