2024年高考物理第一輪復(fù)習(xí)強化練習(xí)試題：實驗一　探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

實驗一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

基本實驗要求

1.實驗器材

電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端帶有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、

槽碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。

2.實驗裝置(如圖1所示)

原硬慳插頭

圖1

3.實驗步驟

⑴按照如圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端,接好電源。

(2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點計時

器，固定在小車后面。

(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源,后放開小車。

(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶。

(5)換紙帶重復(fù)實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析。

4.注意事項

⑴平行：紙帶、細繩要和長木板平行。

(2)兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后

取下紙帶。

(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止槽碼落地及小車與滑

輪相撞。

(4)減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度測量的相對誤差，計算加

速度大小時以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6~7個計數(shù)點為宜。

(5)小車從靠近打點計時器位置釋放。

基本實驗蘇法*.

1.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動

(1)X1、X2、X3…%是相鄰兩計數(shù)點間的距離。

(2)Ax是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差

Ari=X2-XI,AX2=X3-X2…。

(3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔7=0.02/7s(打點計時器的頻率為50Hz,〃為兩

計數(shù)點間計時點的間隔數(shù))。

(4)分析物體的運動性質(zhì)：測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差,

看其是否為常數(shù)，即Ax=aT2,小車就做勻變速直線運動。

2.數(shù)據(jù)處理

(1)利用逐差法求解平均加速度

X4-X]X5-X2X6-X3

0=3/，Q2=-3，〃3=3

41+丁2+43(必+四+祀)一(陽+及+用)

Q-3_9/°

(2)利用平均速度求瞬時速度

Xn+1

Un2T0

(3)利用速度一時間圖像求加速度

①作出速度一時間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度。

②剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度。

|研透命題要點

命題點一教材原型實驗

【真題示例1】(2019?全國I卷，22)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木

板加速下滑時的運動進行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖2所

示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz,紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點之

間還有4個打出的點未畫出。在A、B、C、。、E五個點中，打點計時器最先打

出的是點。在打出。點時物塊的速度大小為m/s(保留3位有效

數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為m/s"保留2位有效數(shù)字)。

**4i，

〈ABCDE

圖2

答案A0.2330.75

解析物塊加速下滑，因此打點間距逐漸增大，故最先打出的是A點。

兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T=0.1s,

根據(jù)或="=，得

打出。點時物塊的速度大小為。c=^

(5.85-1.20)X10-2

m/s^0.233m/s

2X0.1

由圖知XAB=1.20cm

XBC—XAC~XAB=1.95cm

XCD=XAD-X4C=2.70cm

XDE—XAE~XAD=^A5cm

(XCD+XDE)―(XAB+XBC)

由逐差法可得a=4T2

代入數(shù)值解得物塊下滑的加速度大小a=0.75m/s2o

【針對訓(xùn)練1】(2021.天津市等級考模擬)用電火花計時器研究勻變速直線運動的

實驗中，某同學(xué)打出了如圖3所示的一條紙帶。

????????????????

OABC

圖3

(1)電火花計時器接的是伏的(填“直流”或“交流”)電源；計

時器打點的時間間隔為0.02s,每隔4個點取1個計數(shù)點，依次得到了0、A、B、

C、。等幾個計數(shù)點，如圖3所示。

⑵小車由靜止開始運動，則紙帶的(填“左”或“右”)端與小車相連。

(3)用刻度尺量得04=1.20cm,OB=2.80cm,OC=5.80cm,00=7.20cm,打

2

B點時紙帶的速度大小為m/s,紙帶運動的加速度大小為m/so

(4)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的頻率變大，而做實驗的同學(xué)并不知道，那么加速度

的測量值比實際值________(填“偏大”或“偏小”)o

(5)關(guān)于打點計時器的使用，下列說法正確的是。

A.電磁打點計時器使用的是6V以下的直流電源

B.在測量物體速度時，先接通打點計時器的電源，后讓物體運動

C.使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小

D.電源的電壓越高，打點的時間間隔就越小

答案(1)220交流⑵左(3)0.23

0.40(4)偏小(5)BC

解析(1)電火花計時器應(yīng)用電壓為220V的交流電源。

(2)小車從靜止開始，即做加速運動，相鄰計數(shù)點間距變大，可知小車與紙帶的左

端相連。

工一一“田人旺4OC-OA5.80-1.20、

(3)打B點時紙帶的速度VB=—行一=……X102m/s=0.23m/s

乙1ZAU.1

1、/乂」,口Lj-'1,,BD—OB7.20—2.80—2.80、

由逐差法付加速度大小為a=-方一=---4wo矢-----X10-m/s92=0.40m/s-。

(4)如果在某次實驗中，交流電的頻率變大，那么實際打點周期變小，根據(jù)Ax=

°丁2知，真實的加速度值就會偏大，所以測量的加速度值與真實的加速度值相比

是偏小。

(5)電磁打點計時器使用的是8V以下的交流電源，故A錯誤；為了充分利用紙帶，

在測量物體速度時，先接通打點計時器的電源，后讓物體運動，故B正確；由T

=］可知，使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小，故C正確；打點的時

間間隔與電壓無關(guān)，故D錯誤。

命題點二實驗方法創(chuàng)新

1.高考啟示

高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景。

因此，要在夯實教材實驗的基礎(chǔ)上注意遷移和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實

驗的原理、方法和技巧處理新問題。

2.情景拓展

小車紙帶&歲插頭打點計時器

小軍-x，I

A

沖沖匕,光電門光電門遮光片

密旦A細線g輕滑輪滑塊/光電門甲

物塊」-"-，光電門乙

重物

CD

3.數(shù)據(jù)處理

(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度~長木板傾斜靠重力獲得加速度。

(2)速度的測量方法：由打點紙帶求速度一測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電

門的擋光時間Z,由求速度。

(3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度一利用經(jīng)過兩個光電門的

瞬時速度，由速度位移關(guān)系式求加速度。

【例21某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的

關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。

運動方

前端

(b)

圖4

實驗步驟如下：

①如圖4(a),將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)?/p>

光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；

②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間

Az；

③用As表示擋光片沿運動方向的長度，如圖(b)所示，。表示滑塊在擋光片遮住光

線的時間內(nèi)的平均速度大小，求出。；

④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊

由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；

⑤多次重復(fù)步驟④；

⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出。一加圖像，如圖5所示。

圖5

完成下列填空：

(1)用。表示滑塊下滑的加速度大小，用表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬

時速度大小，則0與0A、4和△/的關(guān)系式為V=o

(2)由圖5可求得cm/s,a=cm/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案(1必十5加(2)52.116.3

解析(1)設(shè)擋光片末端到達光電門的速度為則由速度與時間關(guān)系可知

_VA+V

十a(chǎn)Af,且0=-2―

聯(lián)立解得o=0A+%△/。

⑵將圖線延長交縱軸52.1cm/s處，即為見

0A=52.1cm/s,圖線的斜率

」53.6-52.4

k=2a=(180-32.5)X103cm/s2?^8.14cm/s2

即a=16.3cm/s2o

【真題示例3”2020?海南卷，14(2)］某同學(xué)用如圖6(a)所示的裝置測量重力加速

度。

實驗器材:有機玻璃條(白色是透光部分，黑色是寬度均為d=LOOcm的擋光片)，

鐵架臺，數(shù)字計時器(含光電門)，刻度尺。

主要實驗過程如下：

①將光電門安裝在鐵架臺上，下方放置承接玻璃條下落的緩沖物；

②用刻度尺測量兩擋光片間的距離，刻度尺的示數(shù)如圖(b)所示，讀出兩擋光片間

的距離L=cm；

③手提玻璃條上端使它靜止在_______方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的

透光部分通過；

④讓玻璃條自由下落，測得兩次擋光的時間分別為力=10.003ms和r2=5.000ms；

⑤根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)計算出重力加速度g=m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案②15.40③豎直⑤9.74

解析②兩擋光片間的距離L=15.40cm-0cm=15.40cm0

③手提玻璃條上端使它靜止在豎直方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光

部分通過。

⑤玻璃條下部擋光條通過光電門時玻璃條的速度為

d1.00X102,

vi=n=10.003X10-3而s=]m/s

玻璃條上部擋光條通過光電門時玻璃條的速度為。2=彳=蕓m/s=2m/s

*2D.UUU入1U

根據(jù)速度位移公式有質(zhì)一濟=2gL

代入數(shù)據(jù)解得加速度g=二五一=9.74m/s2o

【針對訓(xùn)練2】（2020?江蘇卷，11）疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主

開展實驗探究。用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小

球的位置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，實驗裝置如圖7所示。

刻度即/搗

手%

■

圖7

⑴家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實驗中下落物體的是

（2）下列主要操作步驟的正確順序是（填寫各步驟前的序號）。

①把刻度尺豎直固定在墻上

②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放

③手機固定在三角架上，調(diào)整好手機鏡頭的位置

④打開手機攝像功能，開始攝像

（3）停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如圖8所示。已知所

截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為*s,刻度尺的分度值是Imm,由此測得

重力加速度為_______m/s'結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

圖8

（4）在某次實驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直

方向。從該視頻中截取圖片，（選填“仍能”或“不能”）用（3）問中的

方法測出重力加速度。

答案（1）小鋼球（2）①③④②

（3）9.6（9.5?9.7都算對）（4）仍能

解析（1）根據(jù)題中提供的小球和測量要求可使用小鋼球進行實驗，與乒乓球、小

塑料球相比，小鋼球受到的空氣阻力小，下落相同高度獲得的速度更大，可以減

小實驗誤差。

(2)根據(jù)實驗要求，可以得出先固定刻度尺，然后固定手機調(diào)好手機鏡頭位置，打

開手機攝像功能進行攝像，最后捏住小球，使小球由靜止下落，即步驟為①③④②。

(3)圖8左側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為2.00cm,中間圖片中小球上邊緣的讀數(shù)

為26.00cm,右側(cè)圖片中小球上邊緣的讀數(shù)為76.70cm,由逐差法可得當(dāng)?shù)氐闹?/p>

(76.70-26.00)-(26.00-2.00)

222

力加速度大小為g=X10m/s=9.6m/s0

(4)由于釋放小球時手稍有晃動，小球偏離豎直方向，則小球做平拋運動，但豎直

方向仍做自由落體運動，故能用(3)問中的方法測量重力加速度。

|提升素養(yǎng)能”

1.某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時

間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖9(a)所示。實驗時，保持桌面水平，

用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，

圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個

小水滴)

(b)

圖9

(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運動

的。

(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A

點位置時的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2(結(jié)果均保留2位有

效數(shù)字)。

答案(1)從右向左(2)0.190.038

解析(1)小車在阻力的作用下做減速運動，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距

離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動。

(2)已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔

.302*t-t門j八HO-a、？0.117+0.133

為Ar=^s=2s,所以小車毋動到A點位置的速度為VA=--------2------m/s=

2X3