2021年最新高考物理能力训练-打点计时器及其应用(含答案)

基础训练18 打点计时器及其应用（实验二）
（时间60分钟，赋分100分）
训练指要
本套试题训练和考查的重点是：了解打点计时器的原理和使用方法.会运用打点计时器来测定匀变速直线运动的加速度、会运用打点计时器来验证牛顿第二定律.第12题和第13题为创新试题，这两道题主要体现在实验设计上的创新.
一、选择题（每小题5分，共40分）
1.某人在t=0时刻时观察一个正在做匀加速直线运动的质点，现只测出了该质点
在3 s内及第7 s内的位移，则下列说法正确的是
A.不能求出任一时刻的瞬时速度
B.能求出任一时刻的瞬时速度
C.不能求出第3 s末到第7 s初内的位移
D.能求出该质点的加速度
2.在验证a与M的关系的实验中，下列做法哪些是错误的
A.平衡摩擦力时，将砂桶用绳跨过定滑轮拴在小车上
B.每次改变小车的质量M时，不再移动垫块平衡摩擦力
C.当m<<M时，用天平测出m、M，用公式a=mg/M求出小车的加速度a
D.画出a—M图线，看图线形状是否为双曲线的一支，验证a与M是否成反比
3.用接在50 Hz交流低压电源上的打点计时器，测定小车做匀加速直线运动的加速度，某次实验中得到的一条纸带如图1—18—1所示，从比较清晰的点起，每五个打印点取一个点做为计数点，分别标为0、1、2、3、4，测得s1=30 mm，s4=48 mm，则小车在0与1两点间的平均速度和小车的加速度分别为
图1—18—1
A.0.30 m/s 0.6 m/s2
B.0.6 m/s 0.33 m/s2
C.6 m/s 3.3 m/s2
D.3.3 m/s 6 m/s2
4.某学生做“验证牛顿第二定律”的实验，在平衡摩擦力时把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大.它所得到的a-F关系可用下列哪一图线表示.(图1—18—2中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)
图1—18—2
5.在验证牛顿第二定律关于力一定时加速度与质量成反比的实验中，以下做法错误的是
A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C.实验时，先放开小车，再接通打点计时电源
D.小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量(M′和m′)以及小车质量M，直接用公式a=(M′+m′)g/M，求出［(M′+m′)<<M］
6.做以下四个实验时，要用打点计时器的实验是
A.验证牛顿第二定律
B.验证碰撞中的动量守恒
C.验证机械能守恒定律
D.研究平抛物体的运动
7.一学生在练习使用打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是因为
A.打点计时器错接在直流电源上
B.电源电压不稳定
C.电源频率不稳定
D.振针压得过紧
8.如图1—18—3所示，为一做匀加速直线运动的小车通过打点计时器所得纸带的一部分，A是任选的第一点，B、C是第11点和第21点，若小车运动的加速度是10 m/s2，则打点计时器的频率为
图1—18—3
A.25 Hz
B.50 Hz
C.100 Hz
D.200 Hz
二、填空题（每小题6分，共24分）
9.在某次测匀变速运动的加速度的实验中得到如图1—18—4所示的纸带，图中所标各点均为打点计时器所打的点，由此可知，匀加速运动的加速度的大小为_______(电源频率f=50 Hz).
图1—18—4
10.图1—18—5为接在50 Hz低压交流电源上的打点计时器在纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带，图中所标的是按每隔五个点取一个计数点的原则所取的计数点，但第三个计数点没有画出，则该物体运动的加速度为______.第3计数点与第2计数点的距离约为_____cm.
图1—18—5
11.在验证牛顿第二定律的实验中，当小车质量m不变时，a—F图象如图1—18—6所示，则m=_______.
图1—18—6 图1—18—7
12.（2001年全国高考试题）一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图1—18—7所示.图1—18—8是打出的纸带的一段.
（1）已条打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，利用图1—18—8给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_______.
（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有_________.用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为：F f=______________.
图1—18—8
三、计算题（共36分）
13.（12分）利用打点计时器测自由落体的加速度，重锤下落时打出一条纸带如图1—18—9所示，计算重力加速度的数值.
图1—18—9
14.(12分)在“验证牛顿第二定律”的实验中，在砂和砂桶的质量不变时，改变小车的质量，得出下表中数据：
图1—18—10
1图象.
(1)在图1—18—10中作出a—
M
(2)由图象得出什么结论?
(3)砂和砂桶的重力约为多少?
实验次数车的质量M(kg) 车的加速度a(m/s2) M的倒数
1 0.20 0.78
2 0.40 0.38
3 0.60 0.25
4 0.80 0.20
5 1.00 0.16
15.（12分）一个小车拖着纸带做匀加速直线运动，用频率为50 Hz 的交流电源，使打点计时器在纸带上打下一系列的点. 舍去开头比较密集的点，适当选取某一点作为第1计数点后，用刻度尺量出第6点到第11点间的距离为2 cm，第21点到第26点间的距离为4.4 cm，那么：（1）该小车的加速度是多大？
（2）打点计时器打第21点时小车的速度是多大？
（3）纸带上第1点到第26点这段时间内小车的平均速度是多少？
参考答案
一、1.BD
2.ACD 平衡摩擦力时不能将砂桶拴在小车上；摩擦力平衡后，改变小车质量M时，不需要重新平衡摩擦力；求小车的加速度应从低带上求；
1图线.
画图线应画a-
M
3.A
4.C
5.ACD 平衡摩擦力实际上就是让小车的重力沿斜面的分力与小车受摩擦阻力(包括纸带，但不悬挂小桶)相平衡，粗略分析就是Mg sinθ=μMg cosθ，可见平衡摩擦力与物体的质量无关，即改变小车质量M时，无须重新平衡摩擦力，知B正确，A错.在使用打点计时器时应先接通电源，待振针稳定后再松开纸带，知C错.在本实
验中，目的是验证牛顿第二定律，故加速度应为实测得到的数值，即通过分析纸带而得出，而不是利用牛顿第二定律进行计算，知D错.
6.AC
7.D 若打点计时器错接在直流电源上，则不打点，A不可能；若电源
电压不稳定，则打点的力的大小不同，即纸带上打出圆点的清晰度不同，B不可能；若电源频率不稳定，则打点的时间间隔不同，点间距离不同，C 不可能；若振针压得过紧，则会出现托迹现象即纸带上打出的不是圆点，而是一些短线.
8.C
二、9.8.63 m/s2
10.0.51 m/s2;4.36
11.0.71 kg
12.(1)a=4.00 m/s2(2)小车的质量m；斜面上任意两点间的距离L
h-ma.
及两点间的高度差；mg
L
三、13.g=9.50 m/s2
1图象如
14.（1）先求出M的倒数，在坐标中描点，再连线得到a-
M
下图所示
实验次数车的质量M(kg) 车的加速度a(m/s2) m的倒数
1 0.20 0.78 5.00
2 0.40 0.38 2.50
3 0.60 0.25 1.67
4 0.80 0.20 1.25
5 1.00 0.1
6 1.00
（2）图象是一条过原点的斜直线，表明：a ∝M
1.
(3)砂和砂桶的重力约等于小车的牵引力. 即(m 砂+m 桶）g =F
而F =ma =
m
a 1等于图线的斜率.
由图象可得：（m 砂+m 桶）g ≈0.155 N
15.设第1、6点间的位移为s 1，第6、11点间的位移为s 2……第21、26点间的位移为s 5.每6个点间的运动时间
T =0.02×5 s =0.1 s .
(1)a =2
22
25)1.0(310)24.4(3⨯⨯-=--T s s m/s 2=0.8 m/s 2
(2)因为Δs =s 3-s 2=s 5-s 4
所以s 3+s 4=s 2+s 5
第16点的速度v 16=1
.0210)4.42(222
5243⨯⨯+=+=+-T s s T s s m/s
=0.32 m/s
所以v 21=v 16+aT =0.32 m/s+0.8×0.1 m/s=0.4 m/s
(3)因为2
26
1v v v +=
又因为v 1=v16-a×3T=0.32 m/s-0.8×0.3 m/s=0.08 m/s v 26=v16+a×2T=0.32 m/s+0.8×0.2 m/s=0.48 m/s
所以
248 .0
08
.0+
=
v m/s=0.28 m/s。