2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第一章運(yùn)動(dòng)的描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案

實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律素養(yǎng)目標(biāo)1.會(huì)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)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(dòng)的方法．一、實(shí)驗(yàn)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(dòng)，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)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(shí)驗(yàn)器材，并連接好電路；(2)靠近：小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置；(3)先后：?jiǎn)?dòng)計(jì)時(shí)器，然后放開小車，讓它拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打下一行小點(diǎn)；(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(shí)驗(yàn)．二、數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)分析1．?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量(1)舍掉開始一些比較密集的點(diǎn)，在后面便于測(cè)量的地方找一個(gè)點(diǎn)，作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，以后依次每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，并標(biāo)明0，1，2，3，4，…，如圖所示．(2)依次測(cè)出01，02，03，04，…的距離x1，x2，x3，x4，…，填入設(shè)計(jì)表中．(3)1、2、3、4…各點(diǎn)的瞬時(shí)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(shí)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(diǎn)作出v-t圖像．(2)觀察所得到的直線，分析小車的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論小車的速度隨時(shí)間均勻增加．三、誤差分析1．測(cè)量紙帶的位移有誤差．2．電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相等．3．紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)不穩(wěn)定引起測(cè)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(shí)“兩種儀器”(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，接頻率為50Hz的交變電流，每隔0.02s打一次點(diǎn)．區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)：(1)計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的實(shí)際點(diǎn)，兩相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s；計(jì)數(shù)點(diǎn)是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點(diǎn)，兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔由選擇點(diǎn)的規(guī)則而定．(2)紙帶上相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計(jì)時(shí)點(diǎn)越稀疏．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1[2023·浙江1月節(jié)選](1)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．①需要的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)0、1、2、3、4為計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為________cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50Hz，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)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(guó)甲卷]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(dòng)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(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，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)生對(duì)應(yīng)位移所用時(shí)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(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(dòng)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(dòng)，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)[解題心得]例3在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，得到一條紙帶如圖甲所示．A、B、C、D、E、F、G為計(jì)數(shù)點(diǎn)(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)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(diǎn)時(shí)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(dòng)的v-t圖像：先把紙帶每隔T＝0.10s剪斷，得到若干段紙條，長(zhǎng)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(duì)齊，作為時(shí)間軸，標(biāo)出時(shí)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(hào)表示].b．請(qǐng)說明利用紙條長(zhǎng)度表示瞬時(shí)速度所依據(jù)的原理________________________________________________________________________________________________________________________________________________.[教你解決問題]讀圖考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測(cè)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(zhǎng)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(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(zhǎng)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(dòng)，以提高實(shí)驗(yàn)的精確度．考向1探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)測(cè)速度和加速度例4如圖甲所示是運(yùn)用DIS實(shí)驗(yàn)的位移傳感器測(cè)定小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)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(cè)量物體運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)所繪制的小車運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)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(dòng)方向是________(選填“向左”或“向右”)運(yùn)動(dòng)．[解題心得]思維提升1.DIS位移傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量位移并借助計(jì)算機(jī)繪制v-t圖像，測(cè)加速度．2．其他創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，要首先理解好實(shí)驗(yàn)原理，再利用測(cè)速度和測(cè)加速度的方法求解．考向2與光電門相結(jié)合測(cè)速度和加速度例5[2024·遼寧沈陽(yáng)模擬]某物理活動(dòng)小組利用光電計(jì)時(shí)器探究滑塊在斜面上速度變化的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示．光電計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器x處由靜止釋放，遮光片經(jīng)過光電計(jì)時(shí)器的遮光時(shí)間為t.改變滑塊釋放位置，記錄不同位置釋放時(shí)，遮光片距離光電計(jì)時(shí)器的距離x及經(jīng)過光電計(jì)時(shí)器的遮光時(shí)間t.(1)遮光片經(jīng)過光電計(jì)時(shí)器的速度v＝________(用題中所給字母表示)；(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)．由圖中數(shù)據(jù)及已測(cè)數(shù)據(jù)可得，滑塊加速度a＝________m/s[解題心得]思維提升1.測(cè)速度時(shí)，將遮光片的寬度除以遮光時(shí)間即可．2．測(cè)得兩個(gè)不同位置的瞬時(shí)速度，和遮光片經(jīng)過兩位置的時(shí)間即可求得加速度．考向3頻閃照相法測(cè)速度和加速度例6某實(shí)驗(yàn)小組用頻閃照相方法來研究物塊的變速運(yùn)動(dòng)．在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖所示，拍攝時(shí)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(gè)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(gè)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(diǎn)時(shí)的速度vB為________m/s(保留3位有效數(shù)字)；(3)請(qǐng)充分利用數(shù)據(jù)計(jì)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(shí)刻的頻閃照片相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的不同的點(diǎn)．實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一例1解析：(1)①實(shí)驗(yàn)時(shí)需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行，A正確；由于本實(shí)驗(yàn)只是探究小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要平衡摩擦力，B錯(cuò)誤；為了充分利用紙帶的長(zhǎng)度，應(yīng)使小車由靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置靜止釋放，C正確；應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為2.75cm，計(jì)數(shù)點(diǎn)3的讀數(shù)為8.62cm，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)圖像得(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)中某段時(shí)間的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，可得打B點(diǎn)時(shí)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(shí)間為連續(xù)相等的時(shí)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(dòng)中某段時(shí)間的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度．答案：(1)0.140.40(2)a.0.10x1考點(diǎn)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(shí)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(hào)表示加速度的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反.小車加速度的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，小車做勻減速運(yùn)動(dòng)，可知小車“向右”運(yùn)動(dòng)．答案：(1)慢于(2)1.2向右例5解析：(1)遮光片經(jīng)過光電計(jì)時(shí)器的速度