第一章　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-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

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?？键c(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)(2)電火花計(jì)時(shí)器(如圖)3．工作條件：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(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))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。2．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。3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)求小車的速度與加速度①利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T)。②利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，則a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)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某班同學(xué)利用如圖甲所示裝置“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”，電火花計(jì)時(shí)器使用的是頻率為50Hz的交變電源。(1)電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓為________(選填“8V”或“220V”)。安裝紙帶時(shí)，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”)。(2)下列說法中正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先釋放紙帶，再接通電源B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放紙帶C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源或先釋放紙帶都可以D．紙帶上打點(diǎn)越密集說明紙帶運(yùn)動速度越大(3)第1個(gè)實(shí)驗(yàn)小組所得紙帶上打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，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(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB＝________m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(4)第2個(gè)實(shí)驗(yàn)小組計(jì)算出所得c紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度后，在坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)如圖丙所示，請根據(jù)這些點(diǎn)在圖丙中作出v－t圖像，并根據(jù)圖像計(jì)算出小車運(yùn)動的加速度a＝________m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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)新通過圖像處理數(shù)據(jù)，如畫eq\f(x,t)－t圖像、eq\f(1,t2)－x圖像來處理數(shù)據(jù)，由圖像中的斜率、截距來確定與初速度、加速度的聯(lián)系，從而求出初速度、加速度等物理量。例2為了測定斜面上小車下滑的加速度，某實(shí)驗(yàn)小組利用DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shí)，系統(tǒng)就會自動記錄擋光時(shí)間，并由相應(yīng)軟件計(jì)算遮光條經(jīng)過光電門的平均速度來表示瞬時(shí)速度。某次實(shí)驗(yàn)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(shí)間為T＝0.04s。(1)計(jì)算經(jīng)過光電門時(shí)小車的速度為____m/s。(2)試寫出計(jì)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。(4)測量計(jì)算出來的加速度比真實(shí)的加速度__________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。例3(2020·江蘇卷·11改編)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________。(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(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eq\f(1,6)s，刻度尺的分度值是1mm，由此測得重力加速度為_____m/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。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。(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eq\x\to(v)，表中ΔxAD＝__________cm，eq\x\to(v)AD＝________cm/s。位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30eq\x\to(v)(cm/s)66.073.0eq\x\to(v)AD87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度eq\x\to(v)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)。(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動的eq\x\to(v)