2025高考物理總復(fù)習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)律目標要求1.會正確使用打點計時器，學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，當所用交變電源的頻率f＝50Hz時，每隔

s打一次點。2.結(jié)構(gòu)(1)電磁打點計時器(如圖)0.02(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、細繩、槽碼、

、導(dǎo)線、

電源?？潭瘸呓蛔?.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；(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

，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

(2023·江蘇鎮(zhèn)江市模擬)某同學在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，如圖甲所示，在紙帶上選取7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個計時點未畫出，用刻度尺測量出各計數(shù)點1、2、3、4、5、6到“0”點的距離依次為3.20cm、7.20cm、11.98cm、17.58cm、24.00cm、31.24cm。(1)已知打點計時器所用電源是頻率為50Hz的交流電源，試根據(jù)紙帶上各計數(shù)點間的距離，計算出打下1、2、3、4、5五個點時小車的瞬時速度，并將右表中的速度值補充完整(均保留兩位有效數(shù)字)；計數(shù)點12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

答案0.36

0.68

計數(shù)點12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

(2)以“0”點為計時起點，將上表中1、2、3、4、5五個計數(shù)點對應(yīng)的小車的瞬時速度標在圖乙所示的直角坐標系中，并畫出小車的瞬時速度v隨時間t變化的關(guān)系圖像；答案見解析圖計數(shù)點12345速度v1v2v3v4v5速度值(m·s－1)

0.440.520.60

畫出小車的瞬時速度v隨時間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計時器打下計數(shù)點“0”時的速度大小為______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、手機錄像代替打點計時器。通過以上裝置的改進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如圖所示，在已調(diào)節(jié)水平的氣墊導(dǎo)軌上測定滑塊運動的加速度。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光電門，配套的數(shù)字計時器記錄了遮光條通過第一個光電門的時間Δt1＝0.200s，通過第二個光電門的時間Δt2＝0.050s，遮光條從遮住第一個光電門到遮住第二個光電門的時間間隔t＝2.500s，則滑塊的加速度a＝______m/s2(保留三位有效數(shù)字)。小張認為不必測量時間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，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)遮光條通過第一個光電門的速度用極短時間內(nèi)的平均速度表示瞬時速度，遮光條越窄，平均速度表示瞬時速度越準確，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?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，可近似認為做自由落體運動，故選小鋼球。安裝好器材后，先固定手機調(diào)好鏡頭位置，再打開手機攝像功能進行攝像，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手機固定在三腳架上，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。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。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

隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示。在圖中補全實驗點。答案見解析圖根據(jù)第(1)小題結(jié)果補充表格和補全實驗點圖像得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。返回課時精練電火花計時器使用220V的交變電源；1.用電火花計時器研究勻變速直線運動的實驗中，某同學打出了如圖所示的一條紙帶。(1)電火花計時器使用的是______V的_______(填“直流”或“交變”)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O、A、B、C、D幾個計數(shù)點；123456220交變小車從靜止開始做加速運動，相鄰計數(shù)點間距離變大，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點時紙帶的速度大小為______m/s，紙帶運動的加速度大小為_____m/s2；(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)0.180.40123456如果在實驗中，交流電的頻率變大，那么實際打點周期變小，根據(jù)Δx＝aT2得，測量的加速度值與真實的加速度值相比偏?。患铀俣扔嬎闩c電壓無關(guān)，所以加速度測量值與實際值相比不變；(4)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率變大，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值比實際值______(選填“偏大”或“偏小”)；如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210V，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；偏小不變123456(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8V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，打點的時間間隔越小D.電源的電壓越高，打點的時間間隔就越小BC123456打點的時間間隔與電壓無關(guān)，故D錯誤。電磁打點計時器使用的是8V的交變電源，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；1234562.(2023·江蘇省泰州中學開學考試)實驗室中某同學用如圖甲所示的滴水法測量小車在斜面上運動時的加速度。實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準)；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；然后撤去淺盤并同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標記小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開。123456(1)關(guān)于本實驗，下列說法中正確的是________；A.本實驗中還需要用到停表記錄時間B.在斜面上做實驗是為了補償小車下

滑過程中的阻力C.小車的質(zhì)量越大，運動時加速度就

越大D.滴水計時器的計時原理和打點計時器的計時原理類似123456D滴水計時器的計時原理與打點計時器計時原理類似，無需再用停表計時，故A項錯誤，D項正確；在斜面上做實驗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動，進而測量小車加速度，故B項錯誤；123456設(shè)斜面傾角為θ，則小車運動過程中的加速度a＝

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

為縱坐標，x為橫坐標，作圖像

－x，得出一條過坐標原點的直線如圖乙所示，測得其斜率為k；⑥根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和圖像，計算滑塊運動的加速度a。123456擋光片的寬度為d＝3mm＋4×0.1mm＝3.4mm；根據(jù)上述的實驗步驟，請回答：(1)用游標卡尺測量擋光片寬度時，示數(shù)如圖丙所示，則擋光片的寬度d＝_____mm；1234563.4由于滑塊運動的速度較快，且d較小，所以t也較小，則可近似認為v等于t時間內(nèi)的平均速度，即v＝(2)滑塊通過光電門時的速度大小v＝____(用實驗中所測物理量符號表示)；123456(3)滑塊運動的加速度大小a＝_______(用k、d表示)。1234565.(2022·遼寧卷·12)某同學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刻度尺用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。123456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)；(2)該同學測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm，記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示；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間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝______________(用d、Δt1、Δt2表示)；123456編號