第1章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

实验一　探究小车速度随时间变化的规律 ► 对应学生用书P12 【备考目标】 　1.练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动。2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)。3.测定匀变速直线运动的加速度。 　实验01步——理清实验过程，注意关键点 原理装置图 操作要求 注意事项 1．不需要平衡摩擦力。 2．不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量 1.按原理图安装好实验装置，打点计时器固定在长木板无滑轮的一端。 2．细绳一端拴在小车上，另一端跨过滑轮挂上钩码，纸带穿过打点计时器固定在小车的后面。 3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车。 4．增减钩码的质量，按以上步骤再做两次实验 1.平行：细绳、纸带与长木板平行。 2．靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 3．先后：先通电后释放小车，先关闭电源后取下纸带。 4．防撞：在到达长木板末端前让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞。 5．适当：悬挂的钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集 数据处理 1.用“平均速度法”测速度 瞬时速度没法直接测量，因此根据极限的思想，可通过测量对应的很短时间内的平均速度来测瞬时速度。在公式v＝中，当Δt→0时v是瞬时速度。 2．匀变速直线运动的速度测量 在匀变速直线运动中，某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度，故打第n个点时纸带的瞬时速度为vn＝。 3．记录小车在几个时刻的瞬时速度，在直角坐标系中作出v ­t图像。 小车运动的v ­t图像是一条倾斜的直线，可以得出结论：小车的速度随时间均匀变化。 　实验02步——透析常见考法，明确常考点 类型一　教材原型实验 　　　　　　　　　　　　　　　 1．由纸带计算某点的瞬时速度 根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，即vn＝来计算。 2．利用纸带求物体加速度的两种方法 (1)逐差法 根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，a＝＝，即为物体的加速度。 [注意]在数据处理时可以对纸带重新分段，把6段距离分为“前三”和“后三”，“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内的位移差，时间间隔为3T。 (2)图像法 利用vn＝求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出v ­t图像，用v ­t图像的斜率求物体运动的加速度。 【针对训练】 1．用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了如图所示的一条纸带。 (1)电火花计时器接的是______伏的________(填“直流”或“交流”)电源；计时器打点的时间间隔为0.02 s，每隔4个点取1个计数点，依次得到了O、A、B、C、D等几个计数点，如图所示。 (2)小车由静止开始运动，则纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连。 (3)用刻度尺量得OA＝1.20 cm，OB＝2.80 cm，OC＝5.80 cm，OD＝7.20 cm，打B点时纸带的速度大小为________m/s，纸带运动的加速度大小为________m/s2。 (4)如果当时电网中交变电流的频率变大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值比实际值________(填“偏大”或“偏小”)。 (5)关于打点计时器的使用，下列说法正确的是________。 A．电磁打点计时器使用的是6 V以下的直流电源 B．在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动 C.使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小 D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小 解析：(1)电火花计时器应用电压为220 V的交流电源。 (2)小车从静止开始，即做加速运动，相邻计数点间距变大，可知小车与纸带的左端相连。 (3)打B点时纸带的速度vB＝ ＝ ×10－2 m/s＝0.23 m/s；由逐差法得加速度大小为a＝ ＝ ×10－2 m/s2＝0.40 m/s2。 (4)如果在某次实验中，交流电的频率变大，那么实际打点周期变小，根据Δx＝aT2知，真实的加速度值就会偏大，所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小。 (5)电磁打点计时器使用的是约为8 V的交流电源，故A错误；为了充分利用纸带，在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动，故B正确；由T＝ 可知，使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小，故C正确；打点的时间间隔与电压无关，故D错误。 答案：(1)220　交流　(2)左　(3)0.23　0.40　(4)偏小　(5)BC 2．(2023·全国甲卷)某同学利用如图(a)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。让小车左端和纸带相连，右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(b)所示。 (1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车的位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为Δt和。表中ΔxAD＝________ cm，AD＝________ cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 AD 87.3 94.6 (2)根据表中数据，得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示。在图中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的 ­Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________ cm/s2，b＝________ cm/s。(结果均保留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点时小车的速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________。(结果用字母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AD＝＝80.0 cm/s。 (2)根据第(1)小题结果补全实验点如图所示。 (3)从实验结果可知，小车运动的 ­Δt图线可视为一条直线，如图所示 此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s。 (4)小球做匀变速直线运动，由位移公式x＝v0t＋at2，整理得＝v0＋at即＝vA＋at，故根据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 (3)70.0　59.0　(4)b　2k 类型二　拓展创新实验 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2023·福建福州一模)如图所示，粗糙程度均匀的斜面体固定在水平桌面上，将一带有遮光条的滑块从斜面同一位置P由静止释放，滑块可通过光电门A。回答下列问题。 (1)利用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图所示，则遮光条的宽度为d＝________mm。 (2)改变光电门A的位置，每次让滑块从P点由静止释放，用光电门记录遮光条的遮光时间t，用刻度尺测量P与光电门之间的距离x，若以x为纵轴，则以________(填“t”“” 或“ ”)为横轴，作出的图线为倾斜的直线，若图线的斜率为k，则滑块下滑的加速度a＝____________(用题目中的物理量符号表示)。 解析：(1)遮光条的宽度为 d＝6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。 (2)由运动学规律可得v2＝2ax，由光电门原理可得v＝，联立可得x＝·，若以x为纵轴，则以为横轴，作出的图线为倾斜的直线，若图线的斜率为k，则＝k，解得滑块下滑的加速度为a＝。 答案：(1)6.700　(2)　 【创新点剖析】　本题的创新之处在于以下两点： (1)通过光电门测量滑块的速度； (2)实验原理是由v2＝2ax公式，画出x ­图像，通过斜率和截距求解加速度。 2．(2022·全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。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)由表可知，第1 s内的位移为507 m，第2 s内的位移为587 m，第3 s内的位移为665 m，第4 s内的位移为746 m，第5 s内的位移为824 m，第6 s内的位移为904 m，则相邻1 s内的位移之差接近80 m，可知飞行器在这段时间内做匀加速运动； (2)当x＝507 m时飞行器的速度等于0～2 s内的平均速度，则v1＝ m/s＝547 m/s； (3)根据a＝＝ m/s2≈79 m/s2。 答案：(1)相邻1 s内的位移之差接近80 m (2)547　(3)79 【考题揭秘】 (1)转换问题情境：利用类比推理，创新性地将打点计时器转换为雷达测位置。 (2)改变已知条件：给出每隔1 s飞行器的7个位置坐标，需计算才能得出各段位移。 (3)采用科学算法：利用逐差法求加速度，使所测6段数据全部得到利用，精确度较高。 (4)易错易混警示：误认为飞行器在t＝0时刻的v0＝0，错用v＝at1计算x1＝507 m的速度v。 学科网（北京）股份有限公司 $$