第1章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第一章　运动的描述 匀变速直线运动的研究 实验1　探究小车速度随时间变化的规律 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 谢谢观看！ 一、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸。 二、实验操作 1.不需要平衡摩擦力。 2．不需要满足悬挂槽码质量远小于小车质量 (1)安装：固定好实验器材，并连接好电路。 (2)先后：把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车；小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。 (3)更换：改变槽码质量(或改变小车质量)，更换纸带，再做两次。 三、测量距离 如图所示，要舍掉开始的密集点。 一次性测出0、1，0、2，0、3，0、4，…间的距离L1，L2，L3，…，可以减小长度的测量误差。 命题点一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意事项 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。 (2)靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 (3)两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；实验完毕应先断开电源，后取纸带。 (4)适当：悬挂的槽码要适当，避免纸带上打出的点太少或过于密集。小车的加速度宜适当大些，以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。 [典例1] (2023·浙江1月选考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图甲所示。 (1)(多选)需要的实验操作有________； A．调节滑轮使细线与轨道平行 B．倾斜轨道以补偿阻力 C．小车靠近打点计时器静止释放 D．先接通电源再释放小车 (2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图乙所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为________cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)。 解析：(1)实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道补偿阻力，B错误；为了充分利用纸带，小车应靠近打点计时器静止释放，C正确；先接通电源再释放小车，D正确。 (2)计数点1的读数为2.75 cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打点周期T＝0.02 s，则打计数点2时小车的速度大小为v2＝ eq \f(x13,2T) ＝ eq \f(（8.65－2.75）×10－2,0.04) m/s＝1.48 m/s。 答案：(1)ACD　(2)2.75(2.70～2.80均可)　1.48(1.45～1.50均可) 角度2　数据处理及误差分析 1．打点计时器的原理 (1)电磁打点计时器使用8 V左右低压交流电源，电火花计时器使用220 V交流电。 (2)一般情况交流电的频率为50 Hz，打点计时器每隔0.02 s打一次点，一般每五个计时点取一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为Δt＝0.02×5 s＝0.1 s。 2．计算速度 第n点的瞬时速度：vn＝ eq \f(xn＋1－xn－1,2T) 。 3．求加速度 (1)逐差法：a1＝ eq \f(x4－x1,3T2) ，a2＝ eq \f(x5－x2,3T2) ， a3＝ eq \f(x6－x3,3T2) ⇒ eq \o(a,\s\up6(－))＝ eq \f(a1＋a2＋a3,3) ＝ eq \f(x4＋x5＋x6－（x1＋x2＋x3）,9T2) 。 (2)图像法：v-t图像的斜率表示加速度。 描点连线要仔细，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。 [典例2] (2022·北京卷)某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图甲所示，打点计时器接在频率为50.0 Hz的交流电源上。使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1，2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离x1，x2，…，x7，并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立v-t坐标系，根据重锤下落的速度作出v-t图线并求重力加速度。 (1)图乙为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度v3＝____________m/s(保留3位有效数字)。 (2)除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图丙坐标系中标出，请在图中标出速度v3对应的坐标点，并作出v-t图线。 (3)根据图丙，实验测得的重力加速度g＝____________m/s2(保留3位有效数字)。 (4)某同学注意到一个水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。 解析：(1)打点计时器接在频率为50.0 Hz的交流电源上，相邻计数点之间还有1个计时点，则相邻两计数点之间的时间为t＝2×0.02 s＝0.04 s；纸带做自由落体运动，打点3时的瞬时速度等于点2到点4之间的平均速度，由纸带数据可知v3＝ eq \f(x24,2t) ＝ eq \f(（3.83＋5.36）×10－2,2×0.04) m/s＝1.15 m/s。 (2)作出图像如图所示。 (3)根据v＝gt可知g＝ eq \f(v,t) ，可知v-t图像斜率为重力加速度，则有g＝ eq \f(2.7－0.35,0.24) m/s2＝9.79 m/s2。 (4)需要测量的物理量：水滴下落的高度h和下落的时间t。测量h的方法：用刻度尺测量水龙头出水口到地面的高度，多次测量取平均值；测量t的方法：调节水龙头阀门，使一滴水开始下落的同时，恰好听到前一滴水落地时发出的清脆声音。用手机测量n滴水下落的总时间tn，则t＝ eq \f(tn,n) 。 答案：(1)1.15　(2)见解析图　(3)9.79　(4)见解析 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　情境设置、数据获取上的创新 [典例3] (2022·全国乙卷)用雷达探测一个高速飞行器的位置。从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示： t/s 0 1 2 3 4 5 6 x/m 0 507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233 回答下列问题： (1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是： __________________________________________________________________ _______________________________________________________________； (2)当x＝507 m时，该飞行器速度的大小v＝________m/s； (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝____________m/s2(保留2位有效数字)。 解析：(1)第1 s内的位移x1＝507 m，第2 s内的位移x2＝1 094 m－507 m＝587 m，第3 s内的位移x3＝1 759 m－1 094 m＝665 m，第4 s内的位移x4＝2 505 m－1 759 m＝746 m，第5 s内的位移x5＝3 329 m－2 505 m＝824 m，第6 s内的位移x6＝4 233 m－3 329 m＝904 m，则相邻1 s内的位移之差均接近Δx＝80 m，可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。 (2)由匀变速直线运动规律可知，当x＝507 m时，即t＝1 s时，该飞行器的速度等于0～2 s内的平均速度，则v＝ eq \f(1 094－0,2) m/s＝547 m/s。 (3)这段时间内该飞行器的加速度大小a＝ eq \f(x36－x03,（3T）2) ＝ eq \f(（4 233－1 759）－1 759,（3×1）2) m/s2＝79 m/s2。 答案：(1)相邻1 s内的位移之差均接近Δx＝80 m (2)547　(3)79 角度2　数据处理、原理思路上的创新 [典例4] (2022·辽宁卷)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。 (1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要________(填“天平”或“刻度尺”)； (2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.5 cm，记录时间间隔的数据如表所示。 编号 1遮光带 2遮光带 3遮光带 … Δt/(×10－3s) 73.04 38.67 30.00 … 根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝____________m/s(保留2位有效数字)； (3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝____________________(用d、Δt1、Δt2表示)； (4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因： __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 解析：(1)该实验测量重力加速度，不需要天平测质量；需要用刻度尺测量遮光带(透光带)的宽度，故需要刻度尺。 (2)根据平均速度的计算公式可知v＝ eq \f(d,Δt) ＝ eq \f(4.5×10－2 m,30×10－3 s) ＝1.5 m/s。 (3)根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，有v1＝ eq \f(d,Δt1) ，v2＝ eq \f(d,Δt2) ，v2＝v1＋g( eq \f(Δt2＋Δt1,2) )，可得g＝ eq \f(2d（Δt1－Δt2）,Δt1Δt2（Δt1＋Δt2）) 。 (4)光栅板下落过程中受到空气阻力的作用，所以竖直向下的加速度小于重力加速度。 答案：(1)刻度尺　(2)1.5　(3) eq \f(2d（Δt1－Δt2）,Δt1Δt2（Δt1＋Δt2）) (4)光栅板受到空气阻力的作用 1．(2021·重庆卷)某同学用手机和带刻度的玻璃筒等器材研究金属小球在水中竖直下落的速度变化情况。他用手机拍摄功能记录小球在水中静止释放后位置随时间的变化，每 eq \f(1,60) s拍摄一张照片。 (1)取某张照片中小球的位置为0号位置，然后依次每隔3张照片标记一次小球的位置，则相邻标记位置之间的时间间隔是________s。 (2)测得小球位置x随时间t变化曲线如图所示，由图可知，小球在0.15～0.35 s时间段平均速度的大小________(填“大于”“等于”或“小于”)在0.45～0.65 s时间段内平均速度的大小。 (3)在实验器材不变的情况下，能够减小实验测量误差的方法有： __________________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (写出一种即可) 解析：(1)相邻标记位置之间的时间间隔是T＝4× eq \f(1,60) s＝ eq \f(1,15) s。 (2)小球在0.15 s～0.35 s时间内(Δt1＝0.35 s－0.15 s＝0.20 s)位移约为Δx1＝240 mm－40 mm＝200 mm＝0.200 m，平均速度大小为v1＝ eq \f(Δx1,Δt1) ＝1.0 m/s，小球在0.45～0.65 s时间内(Δt2＝0.65 s－0.45 s＝0.20 s)位移约为Δx2＝750 mm－400 mm＝350 mm＝0.350 m，平均速度大小为v2＝ eq \f(Δx2,Δt2) ＝1.75 m/s，由此可知小球在0.15～0.35 s时间段内平均速度的大小小于小球在0.45～0.65 s时间段内的平均速度的大小。 (3)在实验器材不变的情况下，能够减小实验测量误差的方法有：多次测量取平均值。 答案：(1) eq \f(1,15) 　(2)小于　(3)多次测量取平均值 2．(2023·全国甲卷)某同学利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车右端和纸带相连。左端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示。 (1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移和平均速度分别为Δx和 eq \o(v,\s\up6(－))，表中ΔxAD＝________cm， eq \o(v,\s\up6(－))AD＝________cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 eq \o(v,\s\up6(－)) (cm/s) 66.0 73.0 eq \o(v,\s\up6(－))AD 87.3 94.6 (2)根据表中数据得到小车平均速度 eq \o(v,\s\up6(－))随时间Δt的变化关系，如图丙所示。在图丙中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的 eq \o(v,\s\up6(－))-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程 eq \o(v,\s\up6(－))＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s。(均保留3位有效数字) (4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________。(用字母k、b表示) 解析：(1)根据纸带的数据可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm，平均速度为 eq \o(v,\s\up6(－))AD＝ eq \f(xAD,3T) ＝80.0 cm/s。 (2)补全实验点如图甲所示。 甲 (3)从实验结果可知，小车运动的 eq \o(v,\s\up6(－))-Δt图线可视为一条直线，图像如图乙所示。 此直线用方程 eq \o(v,\s\up6(－))＝kΔt＋b表示，由图像可知其中k＝ eq \f(101.0－59.0,0.6) cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s。 (4)小车做匀变速直线运动，由位移公式x＝v0t＋ eq \f(1,2) at2，整理得 eq \f(x,t) ＝v0＋ eq \f(1,2) at，即 eq \o(v,\s\up6(－))＝vA＋ eq \f(1,2) at，故根据 eq \o(v,\s\up6(－))-Δt图像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k。 答案：(1)24.00　80.0　(2)见解析图甲　(3)70.0 59．0　(4)b　2k $$