2025高考物理總復(fù)習(xí)探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

第一章運(yùn)動的描述勻變速直線運(yùn)動的研究第5課時(shí)實(shí)驗(yàn)一：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律目標(biāo)要求1.會正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會利用紙帶上的點(diǎn)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。內(nèi)容索引考點(diǎn)一

實(shí)驗(yàn)技能儲備考點(diǎn)二

探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課時(shí)精練><考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)技能儲備一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器1.作用：計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)所用交變電源的頻率f＝50Hz時(shí)，每隔

s打一次點(diǎn)。2.結(jié)構(gòu)(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(如圖)0.02(2)電火花計(jì)時(shí)器(如圖)3.工作條件：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：

交變電源電火花計(jì)時(shí)器：

交變電源8V220V二、實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律1.實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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?？潭瘸呓蛔?.實(shí)驗(yàn)過程(1)按照實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板

的一端，接好電源；(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(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；(3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先

，后

；(4)小車運(yùn)動一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶；(5)更換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量、分析。無滑輪接通電源放開小車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(shí)間圖像求加速度a.作出速度－時(shí)間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度；b.剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)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(yùn)動①x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。②Δx是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)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(yùn)動。④Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運(yùn)動，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等。4.注意事項(xiàng)(1)平行：紙帶、細(xì)繩要與長木板平行。(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動；實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。(5)小車從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置釋放。5.誤差分析(1)紙帶運(yùn)動時(shí)摩擦力不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差。(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測量有偶然誤差。(3)作圖有誤差。例1

(2023·江蘇鎮(zhèn)江市模擬)某同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動的紙帶的運(yùn)動情況，如圖甲所示，在紙帶上選取7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出，用刻度尺測量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、6到“0”點(diǎn)的距離依次為3.20cm、7.20cm、11.98cm、17.58cm、24.00cm、31.24cm。(1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源是頻率為50Hz的交流電源，試根據(jù)紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下1、2、3、4、5五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將右表中的速度值補(bǔ)充完整(均保留兩位有效數(shù)字)；計(jì)數(shù)點(diǎn)12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

答案0.36

0.68

計(jì)數(shù)點(diǎn)12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

(2)以“0”點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，將上表中1、2、3、4、5五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的小車的瞬時(shí)速度標(biāo)在圖乙所示的直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像；答案見解析圖計(jì)數(shù)點(diǎn)12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

畫出小車的瞬時(shí)速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像如圖所示。(3)由(2)中所畫的v－t圖像，可以求出小車在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”時(shí)的速度大小為______m/s，加速度大小為______m/s2。(均保留兩位有效數(shù)字)0.280.80返回探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)><考點(diǎn)二1.實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新用頻閃照相的方法、滴水法或光電計(jì)時(shí)器、手機(jī)錄像代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)的精確度。2.實(shí)驗(yàn)處理的創(chuàng)新例2如圖所示，在已調(diào)節(jié)水平的氣墊導(dǎo)軌上測定滑塊運(yùn)動的加速度。先測得遮光條寬度Δx＝2.00cm，滑塊在槽碼重力作用下先后通過兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了遮光條通過第一個(gè)光電門的時(shí)間Δt1＝0.200s，通過第二個(gè)光電門的時(shí)間Δt2＝0.050s，遮光條從遮住第一個(gè)光電門到遮住第二個(gè)光電門的時(shí)間間隔t＝2.500s，則滑塊的加速度a＝______m/s2(保留三位有效數(shù)字)。小張認(rèn)為不必測量時(shí)間t而改為測量____________________，也能測出滑塊的加速度a。為了提高測量加速度的精確度，在選擇遮光條寬度Δx時(shí)，需要考慮的因素有：_________________________________________。0.120兩光電門中心間的距離遮光條應(yīng)選擇較窄的，但不能過窄(合理即可)遮光條通過第一個(gè)光電門的速度用極短時(shí)間內(nèi)的平均速度表示瞬時(shí)速度，遮光條越窄，平均速度表示瞬時(shí)速度越準(zhǔn)確，所以遮光條選擇較窄的。但遮光條寬度并不是越窄越好，遮光條過窄，讀數(shù)誤差變大，所以遮光條應(yīng)選擇較窄的，但不能過窄。例3

(2020·江蘇卷·11)小明同學(xué)在家自主開展實(shí)驗(yàn)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?，?shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動，故選小鋼球。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。(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(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(shí)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(shí)驗(yàn)中，小明釋放小球時(shí)手稍有晃動，視頻顯示小球下落時(shí)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(shí)手晃動，導(dǎo)致小球的運(yùn)動偏離了豎直方向，但在小球下落過程中，小球豎直分運(yùn)動仍然是加速度為重力加速度g的運(yùn)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(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動時(shí)平均速度與時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30

66.073.0

87.394.6(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s。以打出A點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生相應(yīng)位移所用時(shí)間和平均速度分別為Δt和

，表中ΔxAD＝______cm，

＝______cm/s。24.0080.0根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm，(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度

隨時(shí)間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示。在圖中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。答案見解析圖根據(jù)第(1)小題結(jié)果補(bǔ)充表格和補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)圖像得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(yùn)動，得到打出A點(diǎn)時(shí)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(shí)精練電火花計(jì)時(shí)器使用220V的交變電源；1.用電火花計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)打出了如圖所示的一條紙帶。(1)電火花計(jì)時(shí)器使用的是______V的_______(填“直流”或“交變”)電源；計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，依次得到了O、A、B、C、D幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)；123456220交變小車從靜止開始做加速運(yùn)動，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離變大，可知小車與紙帶的左端相連；(2)小車由靜止開始運(yùn)動，則紙帶的________(填“左”或“右”)端與小車相連；123456左(3)用刻度尺量得OA＝1.20cm，OB＝2.80cm，OC＝4.80cm，OD＝7.20cm，打B點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為______m/s，紙帶運(yùn)動的加速度大小為_____m/s2；(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)0.180.40123456如果在實(shí)驗(yàn)中，交流電的頻率變大，那么實(shí)際打點(diǎn)周期變小，根據(jù)Δx＝aT2得，測量的加速度值與真實(shí)的加速度值相比偏?。患铀俣扔?jì)算與電壓無關(guān)，所以加速度測量值與實(shí)際值相比不變；(4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率變大，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值比實(shí)際值______(選填“偏大”或“偏小”)；如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210V，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；偏小不變123456(5)關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用，下列說法正確的是________。A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是8V的直流電源B.在測量物體速度時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，后讓物體運(yùn)動C.使用的電源頻率越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔越小D.電源的電壓越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小BC123456打點(diǎn)的時(shí)間間隔與電壓無關(guān)，故D錯(cuò)誤。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是8V的交變電源，故A錯(cuò)誤；為了充分利用紙帶，在測量物體速度時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，后讓物體運(yùn)動，故B正確；1234562.(2023·江蘇省泰州中學(xué)開學(xué)考試)實(shí)驗(yàn)室中某同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測量小車在斜面上運(yùn)動時(shí)的加速度。實(shí)驗(yàn)過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；然后撤去淺盤并同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)記小車運(yùn)動規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開。123456(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是________；A.本實(shí)驗(yàn)中還需要用到停表記錄時(shí)間B.在斜面上做實(shí)驗(yàn)是為了補(bǔ)償小車下

滑過程中的阻力C.小車的質(zhì)量越大，運(yùn)動時(shí)加速度就

越大D.滴水計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理類似123456D滴水計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)原理類似，無需再用停表計(jì)時(shí)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；在斜面上做實(shí)驗(yàn)是為了使小車的重力沿斜面方向的分力大于小車下滑過程中的阻力，從而使小車做勻加速運(yùn)動，進(jìn)而測量小車加速度，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；123456設(shè)斜面傾角為θ，則小車運(yùn)動過程中的加速度a＝

＝gsinθ－μgcosθ，與小車質(zhì)量無關(guān)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖乙知x∝t2，則小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，加速度為定值，因此運(yùn)動中小車的速度隨時(shí)間均勻變化。(2)經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，測量每個(gè)點(diǎn)跡到放開小車時(shí)的點(diǎn)跡的距離x和對應(yīng)的時(shí)間t，以x為縱軸、t2為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，連線后總能得到如圖乙所示的圖像，這_____(選填“可以”或“不能”)說明運(yùn)動中小車的速度隨時(shí)間均勻變化，理由是_______________________________________________________________________________________________；可以由圖乙可知小車運(yùn)動時(shí)x∝t2，則小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，則運(yùn)動中小車的速度隨時(shí)間均勻變化123456由題圖丙知A、B兩點(diǎn)間距s＝7.0mm＝0.0070m(3)白紙上部分點(diǎn)跡如圖丙所示，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s＝_______m；小車運(yùn)動的加速度為_____m/s2。1234560.00700.053.(2023·江蘇省高郵一中階段檢測)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示裝置進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)。(1)下列是該實(shí)驗(yàn)中的一部分基本步驟：A.釋放小車，讓小車帶著紙帶運(yùn)動B.安裝紙帶C.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好D.接通電源以上步驟的正確順序是________；123456CBDA123456安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，應(yīng)先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器再安裝紙帶。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定工作后再釋放小車帶著紙帶運(yùn)動，所以正確的順序?yàn)镃BDA。(2)利用該裝置進(jìn)行“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，得到如圖乙所示的紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，sAB＝4.2cm，sBC＝4.6cm，sCD＝5.0cm，sDE＝5.4cm，sEF＝5.8cm，sFG＝6.2cm，則打B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為_____m/s，小車加速度大小為_____m/s2；1234560.440.4123456由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，則打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為123456如果當(dāng)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的交變電流的頻率實(shí)際為f＝49Hz，那么實(shí)際打點(diǎn)周期大于0.02s，則小車加速度的測量值比實(shí)際值偏大。(3)如果當(dāng)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的交變電流的頻率實(shí)際為f＝49Hz，而做實(shí)驗(yàn)時(shí)并不知道，若不考慮實(shí)驗(yàn)的偶然誤差，則小車加速度的測量值比實(shí)際值偏______(選填“大”或“小”)。大1234564.某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測量滑塊運(yùn)動的加速度，采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn)：①用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d；②用毫米刻度尺測量擋光片到光電門的距離x；③由靜止釋放滑塊，記錄數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光片擋光時(shí)間t；④多次改變x，測出所對應(yīng)的擋光時(shí)間t；⑤以

為縱坐標(biāo)，x為橫坐標(biāo)，作圖像

－x，得出一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線如圖乙所示，測得其斜率為k；⑥根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像，計(jì)算滑塊運(yùn)動的加速度a。123456擋光片的寬度為d＝3mm＋4×0.1mm＝3.4mm；根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)步驟，請回答：(1)用游標(biāo)卡尺測量擋光片寬度時(shí)，示數(shù)如圖丙所示，則擋光片的寬度d＝_____mm；1234563.4由于滑塊運(yùn)動的速度較快，且d較小，所以t也較小，則可近似認(rèn)為v等于t時(shí)間內(nèi)的平均速度，即v＝(2)滑塊通過光電門時(shí)的速度大小v＝____(用實(shí)驗(yàn)中所測物理量符號表示)；123456(3)滑塊運(yùn)動的加速度大小a＝_______(用k、d表示)。1234565.(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(shí)驗(yàn)時(shí)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(jì)算機(jī)可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時(shí)間間隔Δt。(1)除圖中所用的實(shí)驗(yàn)器材外，該實(shí)驗(yàn)還需要_________(填“天平”或“刻度尺”)；123456刻度尺用該實(shí)驗(yàn)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。123456根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)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)；(2)該同學(xué)測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm，記錄時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)如表所示；1234561.5編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時(shí)間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝______________(用d、Δt1、Δt2表示)；123456編號