2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第一章運(yùn)動的描述勻變速直線運(yùn)動實驗一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)案

實驗一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律素養(yǎng)目標(biāo)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(yùn)動的方法．一、實驗思路與操作裝置圖與思路思路：小車在槽碼的牽引下運(yùn)動，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運(yùn)動的速度隨時間變化的情況．注意：(1)不需要平衡摩擦力．(2)不需要滿足懸掛槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．操作要領(lǐng)(1)安裝：固定好實驗器材，并連接好電路；(2)靠近：小車停在靠近打點計時器的位置；(3)先后：啟動計時器，然后放開小車，讓它拖著紙帶運(yùn)動，在紙帶上打下一行小點；(4)關(guān)閉：關(guān)閉電源，取下紙帶；(5)更換：增減所掛的槽碼(或在小車上放置重物)，更換紙帶，再做兩次實驗．二、數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)分析1．?dāng)?shù)據(jù)測量(1)舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個點，作為計時起點，以后依次每隔四個點取一個計數(shù)點，并標(biāo)明0，1，2，3，4，…，如圖所示．(2)依次測出01，02，03，04，…的距離x1，x2，x3，x4，…，填入設(shè)計表中．(3)1、2、3、4…各點的瞬時速度分別為v1＝x22T、v2＝x3?x12T、v3＝x2．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系．根據(jù)表中的v、t數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點作出v-t圖像．(2)觀察所得到的直線，分析小車的速度隨時間的變化規(guī)律．3．實驗結(jié)論小車的速度隨時間均勻增加．三、誤差分析1．測量紙帶的位移有誤差．2．電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點的時間間隔不完全相等．3．紙帶運(yùn)動時打點不穩(wěn)定引起測量誤差．4．用作圖法，作出的v-t圖像并不是一條直線．5．木板的粗糙程度并非完全相同．,認(rèn)識“兩種儀器”(1)作用：計時儀器，接頻率為50Hz的交變電流，每隔0.02s打一次點．區(qū)分計時點和計數(shù)點：(1)計時點和計數(shù)點計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02s；計數(shù)點是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇點的規(guī)則而定．(2)紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計時點越稀疏．考點一教材原型實驗例1[2023·浙江1月節(jié)選](1)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示．①需要的實驗操作有________(多選)．A．調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行B．傾斜軌道以補(bǔ)償阻力C．小車靠近打點計時器由靜止釋放D．先接通電源再釋放小車②經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖2所示．選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為________cm.已知打點計時器所用交流電源的頻率為50Hz，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為________m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．例2[2023·全國甲卷]某同學(xué)利用如圖(a)所示的實驗裝置探究物體做直線運(yùn)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(yùn)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)生對應(yīng)位移所用時間和平均速度分別為Δt和v.表中ΔxAD＝________cm，vAD位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，得到小車平均速度v隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示．在圖中補(bǔ)全實驗點．(3)從實驗結(jié)果可知，小車運(yùn)動的v-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程v＝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)(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)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)[解題心得]例3在用打點計時器研究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，得到一條紙帶如圖甲所示．A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點(相鄰兩計數(shù)點間有4個點未畫出)，相鄰計數(shù)點間時間間隔為0.10s，x1＝1.20cm，x2＝1.60cm，x3＝1.98cm，x4＝2.38cm，x5＝2.79cm，x6＝3.18cm.(1)根據(jù)題目信息可知，打B點時小車的速度是________m/s，小車的加速度是________m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)用以下辦法繪制了小車運(yùn)動的v-t圖像：先把紙帶每隔T＝0.10s剪斷，得到若干段紙條，長度分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6.再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條的下端對齊，作為時間軸，標(biāo)出時間．最后連接紙條上端中心位置作一條直線，于是得到v-t圖像(如圖乙所示)．a(chǎn)．t1處應(yīng)標(biāo)為________s；v1處應(yīng)標(biāo)為________[此空用第(2)問中的物理量符號表示].b．請說明利用紙條長度表示瞬時速度所依據(jù)的原理________________________________________________________________________________________________________________________________________________.[教你解決問題]讀圖考點二探索創(chuàng)新實驗1．實驗器材的改進(jìn)及速度的測量方法(如圖)2．獲得加速度方法的改進(jìn)靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示．3．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(yùn)動，以提高實驗的精確度．考向1探索創(chuàng)新實驗測速度和加速度例4如圖甲所示是運(yùn)用DIS實驗的位移傳感器測定小車運(yùn)動規(guī)律的實驗裝置圖．(1)固定在小車上的發(fā)射器不斷地向接收器發(fā)出短暫的超聲波脈沖和紅外線脈沖，從而測量物體運(yùn)動的一些物理量．超聲波脈沖________紅外線脈沖(填“快于”或“慢于”)．(2)圖乙是通過傳感器、數(shù)據(jù)采集器，再經(jīng)過計算機(jī)所繪制的小車運(yùn)動的速度—時間圖像．由該圖像可以求出小車加速度的大小為a＝________m/s2；小車的運(yùn)動方向是________(選填“向左”或“向右”)運(yùn)動．[解題心得]思維提升1.DIS位移傳感器可以實時測量位移并借助計算機(jī)繪制v-t圖像，測加速度．2．其他創(chuàng)新實驗，要首先理解好實驗原理，再利用測速度和測加速度的方法求解．考向2與光電門相結(jié)合測速度和加速度例5[2024·遼寧沈陽模擬]某物理活動小組利用光電計時器探究滑塊在斜面上速度變化的規(guī)律，實驗裝置如圖(a)所示．光電計時器固定在斜面底端，把寬度為d的遮光片固定在滑塊上．讓滑塊從距離光電計時器x處由靜止釋放，遮光片經(jīng)過光電計時器的遮光時間為t.改變滑塊釋放位置，記錄不同位置釋放時，遮光片距離光電計時器的距離x及經(jīng)過光電計時器的遮光時間t.(1)遮光片經(jīng)過光電計時器的速度v＝________(用題中所給字母表示)；(2)用游標(biāo)卡尺測出遮光片的寬度如圖(b)所示，遮光片的寬度d＝________mm；(3)圖(c)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的x-1t2圖線，它是一條直線，則可知滑塊做勻變速直線運(yùn)動．由圖中數(shù)據(jù)及已測數(shù)據(jù)可得，滑塊加速度a＝________m/s[解題心得]思維提升1.測速度時，將遮光片的寬度除以遮光時間即可．2．測得兩個不同位置的瞬時速度，和遮光片經(jīng)過兩位置的時間即可求得加速度．考向3頻閃照相法測速度和加速度例6某實驗小組用頻閃照相方法來研究物塊的變速運(yùn)動．在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動的過程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示，拍攝時頻閃頻率是10Hz；通過斜面上固定的刻度尺(最小分度為1mm)讀取的5個連續(xù)影像的讀數(shù)依次為xO、xA、xB、xC、xD.xOxAxBxCxD5.1cm15.86cm30.91cm50.25cm73.90cm根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)以上哪個數(shù)據(jù)不符合刻度尺讀數(shù)要求________(選填xO、xA、xB、xC或xD)；(2)物塊到達(dá)B點時的速度vB為________m/s(保留3位有效數(shù)字)；(3)請充分利用數(shù)據(jù)計算出物塊的加速度a為________m/s2(保留3位有效數(shù)字)．[解題心得]思維提升1.頻閃照相的頻率和周期互為倒數(shù)．2．不同時刻的頻閃照片相當(dāng)于打點計時器打出的不同的點．實驗一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律關(guān)鍵能力·分層突破考點一例1解析：(1)①實驗時需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行，A正確；由于本實驗只是探究小車的運(yùn)動規(guī)律，因此實驗時不需要平衡摩擦力，B錯誤；為了充分利用紙帶的長度，應(yīng)使小車由靠近打點計時器的位置靜止釋放，C正確；應(yīng)先接通打點計時器電源再釋放小車，D正確．②由刻度尺的讀數(shù)規(guī)則可知，計數(shù)點1的讀數(shù)為2.75cm，計數(shù)點3的讀數(shù)為8.62cm，則打計數(shù)點2時小車的速度為v2＝x132T＝答案：(1)①ACD②2.75(2.70～2.80均可)1.47(1.45～1.50均可)例2解析：(1)根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm平均速度為vAD＝x(2)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(yùn)動的v-Δt圖線可視為一條直線，圖像為此直線用方程v＝kΔt＋b表示，由圖像可知其中k＝101.0?59.00.6cm/s2＝70.0cm/s2(4)小車做勻變速直線運(yùn)動，由位移公式x＝v0t＋12at2xt＝v0＋1即v＝vA＋12故根據(jù)圖像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k答案：(1)24.0080.0(2)(3)70.059.0(4)b2k例3解析：(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中某段時間的中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，可得打B點時小車的速度為vB＝vAC＝sACtAC＝1.20+1.60×10?22×0.10m/s＝0.14m/s.由Δx＝aT2可得小車的加速度為a(2)a.t軸標(biāo)出的時間為連續(xù)相等的時間間隔，且紙帶每隔T＝0.10s剪斷一段，所以t1處應(yīng)標(biāo)為0.10s．由平均速度公式可得v1＝x1b．勻變速直線運(yùn)動中某段時間的中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度．答案：(1)0.140.40(2)a.0.10x1考點二例4解析：(1)頻率高于20000Hz的聲波叫超聲波，超聲波是機(jī)械波，紅外線是電磁波，因此超聲波脈沖“慢于”紅外線脈沖．(2)由速度—時間圖像的斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正、負(fù)表示加速度的方向，則有a＝ΔvΔt＝0?2.42.0可知加速度的大小為1.2m/s2，負(fù)號表示加速度的方向與運(yùn)動方向相反.小車加速度的方向與運(yùn)動方向相反，小車做勻減速運(yùn)動，可知小車“向右”運(yùn)動．答案：(1)慢于(2)1.2向右例5解析：(1)遮光片經(jīng)過光電計時器的速度