2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)（新人教版） 第1章　第5課時　實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

第一章運動的描述勻變速直線運動的研究第5課時實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律目標(biāo)要求1.會正確使用打點計時器，學(xué)會利用紙帶上的點跡求物體的速度和加速度。2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法。內(nèi)容索引考點一實驗技能儲備考點二探索創(chuàng)新實驗課時精練><考點一實驗技能儲備一、打點計時器1.作用：計時儀器，當(dāng)所用交變電源的頻率f＝50Hz時，每隔

s打一次點。0.022.結(jié)構(gòu)(1)電磁打點計時器(如圖)(2)電火花計時器(如圖)3.工作條件：電磁打點計時器：

交變電源電火花計時器：

交變電源8V220V二、實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1.實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、

、導(dǎo)線、

電源。2.實驗過程(1)按照實驗裝置，把打點計時器固定在長木板

的一端，接好電源；刻度尺交變無滑輪(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)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

，后

；(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；(5)更換紙帶重復(fù)實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量、分析。接通電源放開小車3.數(shù)據(jù)處理(1)求小車的速度與加速度②利用逐差法求解平均加速度③利用速度－時間圖像求加速度a.作出速度－時間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度；b.剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度。(2)依據(jù)紙帶判斷小車是否做勻變速直線運動①x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離。②Δx是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。③若Δx等于恒量(aT2)，則說明小車做勻變速直線運動。④Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等。4.注意事項(1)平行：紙帶、細(xì)繩要與長木板平行。(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(dá)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：小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小長度測量的相對誤差，加速度大小以能在約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。5.誤差分析(1)紙帶運動時摩擦力不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差。(2)計數(shù)點間距離的測量有偶然誤差。(3)作圖有誤差。例1某班同學(xué)利用如圖甲所示裝置“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”，電火花計時器使用的是頻率為50Hz的交變電源。(1)電火花計時器的工作電壓為________(選填“8V”或“220V”)。安裝紙帶時，需要將紙帶置于__________(選填“復(fù)寫紙”或“墨粉紙盤”)的______(選填“上方”或“下方”)。220V墨粉紙盤下方(2)下列說法中正確的是______。A.實驗時，先釋放紙帶，再接通電源B.實驗時，先接通電源，待打點穩(wěn)定后，

再釋放紙帶C.實驗時，先接通電源或先釋放紙帶都可以D.紙帶上打點越密集說明紙帶運動速度越大B(3)第1個實驗小組所得紙帶上打出的部分計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。x1＝3.59cm，x2＝4.41cm，x3＝5.19cm，x4＝5.97cm，x5＝6.78cm，x6＝7.64cm。則小車的加速度a＝_______m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝_______m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)0.800.40(4)第2個實驗小組計算出所得c紙帶上各計數(shù)點對應(yīng)的速度后，在坐標(biāo)系中描出的點如圖丙所示，請根據(jù)這些點在圖丙中作出v－t圖像，并根據(jù)圖像計算出小車運動的加速度a＝___________________m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案如圖所示1.53(1.52、1.54均可)返回探索創(chuàng)新實驗><考點二1.實驗裝置的創(chuàng)新用頻閃照相的方法、滴水法或光電計時器、手機(jī)錄像代替打點計時器。通過以上裝置的改進(jìn)能最大限度地減少因長木板和打點計時器的限位孔的阻力而導(dǎo)致的小車加速度不恒定，使小車盡可能做勻加速直線運動，以提高實驗的精確度。2.實驗處理的創(chuàng)新例2為了測定斜面上小車下滑的加速度，某實驗小組利用DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))技術(shù)進(jìn)行實驗，如圖所示。當(dāng)裝有寬度為d＝2cm的遮光條的小車經(jīng)過光電門時，系統(tǒng)就會自動記錄擋光時間，并由相應(yīng)軟件計算遮光條經(jīng)過光電門的平均速度來表示瞬時速度。某次實驗中，小車從距離光電門中心為L處由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間為T＝0.04s。(1)計算經(jīng)過光電門時小車的速度為______m/s。0.5(2)試寫出計算小車下滑的加速度a的表達(dá)式：_________(用d、T和L表示)。(3)若L＝0.5m，則小車下滑的加速度為_______m/s2。0.25由(2)中的表達(dá)式，代入數(shù)據(jù)可以得到a＝0.25m/s2；(4)測量計算出來的加速度比真實的加速度______(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。偏小由于光電門測速度只是測量平均速度，在勻變速直線運動中，平均速度與中間時刻的瞬時速度相等，卻又小于中間位置的瞬時速度，而在測量位移L時，測的是光電門中間位置與遮光條之間的距離，大于中間時刻所在位置與遮光條之間的距離，所以測量計算出來的加速度比真實的加速度偏小。例3

(2020·江蘇卷·11改編)小明同學(xué)在家自主開展實驗探究。用手機(jī)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?，實驗裝置如圖甲所示。(1)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________。小鋼球小鋼球受到的空氣阻力相比其重力很小，可近似認(rèn)為做自由落體運動，故選小鋼球。(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(jī)固定在三腳架上，調(diào)整好手機(jī)鏡頭的位置④打開手機(jī)攝像功能，開始攝像①③④②安裝好器材后，先固定手機(jī)調(diào)好鏡頭位置，再打開手機(jī)攝像功能進(jìn)行攝像，再由靜止釋放小球，故順序是①③④②。(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乙所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為

，刻度尺的分度值是1mm，由此測得重力加速度為_________________m/s2。9.6(9.5、9.7均可)由題圖讀得x1＝2.50cm，x2＝26.50cm，x3＝77.20cm，解得g≈9.6m/s2。(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，________(填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度。仍能釋放時手晃動，導(dǎo)致小球的運動偏離了豎直方向，但在小球下落過程中，小球豎直分運動仍然是加速度為重力加速度g的運動，故仍能用(3)問的方法測出重力加速度。例4

(2023·全國甲卷·23)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s。以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生相應(yīng)位移所用時間和平均速度分別為Δt和

，表中ΔxAD＝_____cm，

＝_____cm/s。位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30

(cm/s)66.073.0

87.394.624.0080.0(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度

隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示。在圖中補(bǔ)全實驗點。答案見解析圖位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30

(cm/s)66.073.0

87.394.6根據(jù)第(1)小題結(jié)果補(bǔ)充表格和補(bǔ)全實驗點圖像得(3)從實驗結(jié)果可知，小車運動的

－Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程

＝kΔt＋b表示，其中k＝______cm/s2，b＝______cm/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)70.059.0(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA＝_____，小車的加速度大小a＝______。(結(jié)果用字母k、b表示)b2k故根據(jù)圖像斜率和縱截距可得vA＝b，a＝2k。返回課時精練1.(2023·云南曲靖市模擬)某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中必要的措施是________。A.長木板上方的細(xì)線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力123456AB長木板上方的細(xì)線必須與長木板平行，故A正確；實驗中應(yīng)先接通電源再釋放小車，故B正確；該實驗測量速度隨時間的變化，所以不需要小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，也不需要平衡摩擦力，故C、D錯誤。123456(2)他實驗時將打點計時器接到工作頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出)。x1＝0.96cm，x2＝2.88cm，x3＝4.80cm，x4＝6.72cm，x5＝8.64cm，x6＝10.56cm。則小車的加速度a＝______m/s2，打點計時器在打F點時小車的速度v＝______m/s。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)1234561.920.9601234562.小明同學(xué)用手機(jī)拍攝視頻的方法測量木塊做勻變速直線運動的加速度，測量方法和步驟如下：(1)如圖，在長木板側(cè)面平行木板固定一刻度尺(單位為：cm)，并按圖組裝好其他器材，調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與木板______。123456平行為了使木塊能夠做勻變速運動，需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與木板平行。(2)將具有高清攝像功能的手機(jī)正對長木板側(cè)面用支架固定并調(diào)試好，先固定木塊，在左邊掛上鉤碼；啟動手機(jī)錄像后，釋放木塊，讓鉤碼帶動木塊加速運動，鉤碼落地后結(jié)束錄像。123456(3)在視頻編輯軟件上回放錄像，拖動時間進(jìn)度條，按時間先后順序找出t1、t2、t3時刻木塊前端對應(yīng)刻度尺上的刻度值分別為s1、s2、s3，其中圖中木塊前端對應(yīng)的刻度值為_______________________cm，已知t2－t1＝t3－t2＝T，則木塊的加速度大小a＝__________(用題中物理量符號表示)。12345617.25(17.24、17.26也可)1234563.(2022·遼寧卷·12)某同學(xué)利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶(寬度用d表示)。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機(jī)可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時間間隔Δt。(1)除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要________(填“天平”或“刻度尺”)；123456刻度尺該實驗測量重力加速度，不需要天平測質(zhì)量；需要用刻度尺測量遮光帶(透光帶)的寬度，故需要刻度尺。(2)該同學(xué)測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm，記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示；123456編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為v3＝______m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；1.5(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝_______________(用d、Δt1、Δt2表示)；123456(4)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋垖懗鲆粭l可能的原因：__________________________。123456光柵板受到空氣阻力的作用光柵板下落過程中受到空氣阻力的影響，所以豎直向下的加速度小于重力加速度。4.“筋膜槍”是利用內(nèi)部電機(jī)帶動“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的裝備。某同學(xué)為了測量“槍頭”的沖擊頻率，如圖(a)將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對紙帶。啟動筋膜槍，松開紙帶，讓紙帶在重錘帶動下穿過限位孔，“槍頭”在紙帶上打下系列點跡。更換紙帶，重復(fù)操作，得到多條紙帶，選取點跡清晰的紙帶并舍去密集點跡，完成下列實驗內(nèi)容：123456(1)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)點跡有拖尾現(xiàn)象，他在測量各點間距時，以拖尾點跡左邊為測量點，如圖(b)。①紙帶的_____(選填“左”或“右”)端連接重錘；②取重力加速度為9.8m/s2，可算得“槍頭”的沖擊頻率為____Hz，A點對應(yīng)的速度為____m/s；(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)123456左401.5①重錘自由落體，速度越來越大，紙帶點跡間的距離越來越大，所以紙帶的左端連接重錘；123456(2)該次實驗產(chǎn)生誤差的原因有A.紙帶與限位孔間有摩擦力B.測量各點間的距離不精確C.“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動其中最主要的原因是_____(選填“A”“B”或“C”)。123456C該次實驗產(chǎn)生誤差其中最主要的原因是“槍頭”打點瞬間阻礙紙帶的運動，故A、B錯誤，C正確。5.在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗。實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀。具體實驗步驟如下：①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下。②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴。③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度。④采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。123456(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率與水滴滴落的頻率滿足的條件是___________________________________。123456頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率后一水滴經(jīng)過一個頻閃間隔運動到前一水滴的位置，可看到一串仿佛固定不動的水滴，即頻閃儀的閃光頻率等于水滴滴落的頻率時，水滴仿佛不動。(2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠(yuǎn)的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝________m/s2；第8個水滴此時的速度v8＝________m/s。(結(jié)果都保留3位有效數(shù)字)1234569.722.27123456平均速度等于中間時刻的瞬時速度(3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：______________________________________。123456存在空氣阻力(或水滴滴落的頻率不恒定)存在空氣阻力會對水滴的運動產(chǎn)生影響，水滴滴落的頻率不恒定也會對實驗產(chǎn)生影響。6.(2023·廣東潮州市三模)小明發(fā)現(xiàn)，在夜景照片中，車燈常常會劃出一道道美麗的弧線，受此啟發(fā)，他決定利用發(fā)光小球自由下落時在照片上留下的光弧，來測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。設(shè)計實驗步驟如下：①在黑暗的房間里，如圖甲所示將相機(jī)正對豎直的刻度尺放置，調(diào)節(jié)相機(jī)快門為100(即曝光時間Δt為

；②將發(fā)光小球從刻度尺零刻度處由靜止釋放，待小球下落至與相機(jī)近似等高位置時按下相機(jī)快門，得如圖