第1章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（粤教版2019）

第一章　运动的描述　匀变速直线运动的研究 实验一　探究小车速度随时间变化的规律 课件使用说明 01 本课件使Office 2016制作，请使用相应软件打开并使用 使用软件 02 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office 2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验 软件版本 03 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑 便捷操作 04 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题 软件更新 实验技能　自主学习 实验要点　互动探究 命题点一　教材原型实验 内容索引 达标检测　巩固提高 命题点二　实验创新设计 一 实验技能　自主学习 1. 实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端带有滑轮的长木板、小车、纸 带、细绳、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸。 2. 实验原理(如图所示) 3. 实验步骤 (1)按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。 (2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的槽码，纸带穿过 打点计时器，固定在小车后面。 (3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车。 (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。 (5)换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。 4. 注意事项 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。 (2)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开 电源，后取下纸带。 (3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及 小车与滑轮相撞。 (4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量的相对误 差，计算加速度大小时以能在约50 cm 的纸带上清楚地取出6～7个计数 点为宜。 (5)小车从靠近打点计时器位置释放。 1. 依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1)s1、s2、s3、…、sn是相邻两计数点间的距离。 (2)Δs是两个连续相等的时间内的位移差：Δs1＝s2－s1，Δs2＝s3－s2，… (3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n s(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)。 (4)Δs＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时 间间隔内的位移之差就一定相等。 2. 数据处理 (1)分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点 距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。 (2)利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝ a＝＝。 (3)利用平均速度公式求瞬时速度：vn＝。 (4)利用速度—时间图像求加速度 ①作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度； ②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 二 实验要点　互动探究 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　(2024·广东深圳一调)如图所示为某同学在做匀变速直线运动实 验中获得的一条纸带。 (1)已知使用电磁打点计时器，它的工作电压是 V。打点计时器 电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为 s。 (1)电磁打点计时器是使用交变电源的计时仪器，它的工作电压是4～6 V；当电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。 4～6 0.02 (2)A、B、C、D是纸带上的四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点 没有画出，则计数点之间的时间间隔是 s。从图中读出A、B两点 间距s＝ m；C点对应的速度大小是 m/s，匀变速直线 运动的加速度大小为 m/s2。 0.1 0.007 0 0.1 0.2 (2)每两个相邻计数点间有四个点没有画出，则计数点之间的时间间隔是 T＝5×0.02 s＝0.1 s，从题图中读出A、B两点间距s＝0.70 cm＝0.007 0 m；因做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，则C点速度大小等于vC＝＝×1 m/s＝ 0.1 m/s，小车的加速度大小为a＝＝ m/s2＝0.2 m/s2。 (3)下列说法正确的是 ⁠。 A. 使用打点计时器时应当先释放小车，让其运动起来，再接通电源 B. 也可使用干电池作为打点计时器的电源 C. 每打完一条纸带，要及时切断打点计时器的电源 D. 对纸带进行处理时，要从打出的纸带中选择一条点迹清晰的纸带进行 处理 CD (3)在使用打点计时器时应先打开电源再释放小车，故A错误；为了使打 点计时器工作，必须使用交变电源，故B错误；每打完一条纸带，要及 时切断打点计时器的电源，故C正确；对纸带进行处理时，要从打出的 纸带中选择一条点迹清晰的纸带进行处理，故D正确。 角度2　数据处理与分析 [典例2]　(2023·重庆模拟)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律” 实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况。如图1所 示，在纸带上选取7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个计时点未 画出，用刻度尺测量出各计数点1、2、3、4、5、6到“0”点的距离依 次为3.20 cm、7.20 cm、11.98 cm、17.58 cm、24.00 cm、31.24 cm。 (1)已知打点计时器所用电源是频率为50 Hz的交流电，试根据纸带上各 计数点间的距离，计算出打下1、2、3、4、5五个点时小车的瞬时速度，并将表中的速度值补充完整(均保留两位有效数字)。 计数点 1 2 3 4 5 速度 v1 v2 v3 v4 v5 速度值(m/s) ⁠ 0.44 0.52 0.60 ⁠ 0.36　 0.68　 (1)打点计时器所用电源是频率为50 Hz 的交流电，每相邻两个计数点之 间还有4个计时点未画出，有T＝＝0.1 s，则 v1＝＝0.36 m/s，v5＝ ≈0.68 m/s。 答案：图见解析 (2)以“0”点为计时起点，将表中1、2、3、4、5五个计数点对应的小车 的瞬时速度标在图2所示的直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度v随时 间t变化的关系图像。 (2)画出小车的瞬时速度v随时间t变化的关系图像如图 所示。 (3)由(2)中所画的v－t图像，可以求出小车在打点计时器打下计数点 “0”时的速度大小为 m/s，加速度大小为 m/s2。(均保 留两位有效数字) (3)由图可知，v0＝0.28 m/s，加速度大小为 a＝＝0.80 m/s2。 0.28　 0.80　 命题点二　实验创新设计 1. 实验器材的改进及速度的测量方法 2. 获得加速度方法的改进 靠重物的拉力获得加速度→长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙 所示。 3. 用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器、手机录像代替打点计 时器。 通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔 的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动， 以提高实验的精确度。 角度1　实验器材创新 [典例3]　(2023·浙江温州模拟)如图所示，在已调节水平的气垫导轨上测 滑块运动的加速度。先测得遮光条宽度Δs＝2.00 cm，滑块在槽码重力 作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一 个光电门的时间Δt1＝0.200 s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.050 s， 遮光条从遮住第一个光电门到遮住第二个光电门的时间间隔t＝2.500 s， 则滑块的加速度a＝ m/s2(保留三位有效数字)。小张认为不必测 量时间t而改为测量 ⁠， 也能测出滑块的加速度a。为了提高测量加速度的 精度，在选择遮光条宽度Δs时，需要考虑的因素有 (写出其中的两项)： ⁠。 0.120　 两光电门中心间的距离　 遮光条应选择较窄的，但不能过窄 遮光条通过第一个光电门的速度 v1＝＝0.1 m/s， 通过第二个光电门的速度v2＝＝0.4 m/s， 滑块的加速度a＝＝0.120 m/s2。 根据－＝2as得a＝，不必测量时间t而改为测量两光电门中 心间的距离，也能测出滑块的加速度a。 用极短时间内的平均速度表示瞬时速度，遮光条越窄，用平均速度 表示瞬时速度越准确，所以遮光条选择较窄的。但遮光条宽度并不 是越窄越好，遮光条过窄，读数误差变大，所以遮光条应选择较窄 的，但不能过窄。 角度2　实验数据处理创新 [典例4]　(2023·广东广州模拟)用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。 (1)实验的主要步骤： ①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，则d＝ ⁠mm； ②用刻度尺测量A点与光电门所在位置B点之间的水平距离s； ③滑块从A点由静止释放(已知砝码落地前挡光片已通过光电门)； ④读出挡光片通过光电门所用的时间t； ⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点由 静止释放，测量相应的s值并读出t值。 6.60　 (1)①主尺读数为6 mm，游标尺读数为0.05 mm×12＝0.60 mm，最终读 数为6.60 mm。 (2)根据实验测得的数据，以s为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中作出 －s图像如图丙所示，求得该图线的斜率k＝ m－1·s－2。由此进一步求得滑块的加速度a＝ m·s－2。(计算结果均保留三位有效 数字) 2.38×104(2.28×104～ 0.518(0.497～0.549均正确)　 2.52×104均正确)　 (2)滑块通过光电门时的瞬时速度为v＝，根据速度位移公式得v2＝2as，有＝2as，整理得＝，根据题图丙知图线的斜率为 k＝≈2.38×104 m－1·s－2；根据k＝得 a＝＝ m/s2≈0.518 m/s2。 三 达标检测　巩固提高 1. (2023·广东广州期中)在“研究匀变速直线运动”的实验中： (1)某同学的操作步骤如下，指出其中两个错误的步骤并加以改正 ⁠ ， ⁠ ；指出其中多余的步骤是 ⁠。 A. 拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源 B. 将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码， 调整滑轮的高度，使细绳与平板平行 D. 取下纸带，再断开电源 步骤 A改为“先接通电源，再放开纸带”　 步骤D改为“先断开电源， 再取下纸带”　 E　 E. 将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动 F. 将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 G. 断开电源，整理好器材 H. 换上新纸带，重复操作两次 并把合理顺序的字母代号填写在横线上： ⁠。 BFCADHG　 2 3 4 5 1 (1)步骤A：为增加有效点的个数，应该先接通电源，待打点稳定后再释 放纸带； 步骤D：应先断开电源，再取下纸带； 小车在细绳拉力和摩擦力作用下做匀变速运动，故多余的步骤为E； 实验步骤要按安装器材、进行实验、重复实验、整理仪器的思路进行， 因此实验步骤为BFCADHG。 2 3 4 5 1 (2)某同学选取某次小车运动情况的纸带，图中所示A、B、C、D、E、 F、G为相邻的计数点，相邻计数点间有4个点没有画出，电源的频率为 50 Hz，则小车运动的加速度为 (结果保留两位有效数字)。 (2)电源的频率为50 Hz，计数周期T＝＝0.1 s， 运用逐差法得a＝＝ ×10－2m/s2≈0.50m/s2。 0.50　 2 3 4 5 1 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。 2 3 4 5 1 (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Δs 填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和。表中 ΔsAD＝ cm，＝ cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δs(cm) 6.60 14.60 ΔsAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 87.3 94.6 24.00 80.0 2 3 4 5 1 (1)A、D间的位移为 ΔsAD＝ΔsAB＋ΔsBC＋ΔsCD＝24.00 cm 从A到D的时间为ΔtAD＝3ΔT＝0.3 s AD段的平均速度为＝＝80.0 cm/s。 2 3 4 5 1 (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(c)中补全实验点。 答案：图见解析 (2)如图甲所示。 2 3 4 5 1 (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。(结果均保留三位有效数字) (3)－Δt图线如图乙所示， 71.5(70.0～73.0均正确) 59.0(58.2～59.8均正确) 由图像可知，直线斜率k＝71.5 cm/s2 截距b＝59.0 cm/s。 2 3 4 5 1 (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) (4)小车做匀加速运动，有Δs＝vAΔt＋a(Δt)2 平均速度＝＝vA＋aΔt 结合＝kΔt＋b知vA＝b， a＝2k。 b 2k 2 3 4 5 1 3. (2024·广东开平忠源纪念中学模拟)某同学利用如图甲所示的装置测量 滑块运动的加速度，采用如下步骤完成实验： 　 ①用游标卡尺测量挡光片的宽度d； ②用毫米刻度尺测量挡光片到光电门的距离s； ③由静止释放滑块，记录数字计时器显示的挡光片挡光时间t； ④多次改变s，测出所对应的挡光时间t； ⑤以为纵坐标，s为横坐标，作 －s图像，得出一条过坐标原点的直线如图乙所示，测得其斜率为k； ⑥根据实验数据和图像，计算滑块运动的加速度a。 2 3 4 5 1 根据上述的实验步骤，请回答： (1)用游标卡尺测量挡光片宽度时，示数如图丙所示，则挡光片的宽度d＝ mm。 (1)挡光片的宽度为d＝3 mm＋4×0.1 mm＝3.4 mm。 3.4 2 3 4 5 1 (2)滑块通过光电门时的速度大小v＝ (用实验中所测物理量符号表示)。 (2)由于滑块运动的速度较大，且d较小，所以t也较小，则可近似认为v 等于t时间内的平均速度，即v＝。 (3)滑块运动的加速度大小a＝ (用k、d表示)。 (3)根据匀变速直线运动速度与位移关系有v2＝2as，联立以上两式可得＝s，由题意知k＝，解得a＝kd2。 ​ kd2 2 3 4 5 1 4. (2023·广东河源月考)某同学用如图甲所示的装置测量重力加速度。 实验器材：有机玻璃条(白色是透光部分，黑色是宽度均为d＝0.80 cm的 挡光片)、铁架台、数字计时器(含光电门)、刻度尺。 主要实验过程如下： 2 3 4 5 1 (1)将光电门安装在铁架台上，下方放置承接玻璃条下落的缓冲物，用刻 度尺测量两挡光片间的距离，刻度尺的示数如图乙所示，则两挡光片间 的距离L＝ cm。 (1)根据题意，由题图乙可知，两挡光片间的距离为L＝13.40 cm。 13.40 2 3 4 5 1 (2)实验时手提玻璃条(挡光片1在下)上端使它静止在竖直方向上，让玻璃条自由下落，测得两次挡光的时间分别为t1＝10.000 ms和t2＝4.445 ms，由此可知，挡光片1通过光电门的平均速度大小v1＝ m/s(结果保留两位小数)，挡光片2通过光电门的平均速度大小v2＝1.80 m/s。 (2)根据题意，由平均速度的计算公式可知 v1＝＝ m/s＝0.80 m/s。 0.80 2 3 4 5 1 (3)根据以上测量的数据计算出当地重力加速度大小g＝ m/s2(结 果保留三位有效数字)。 (3)由2gL＝－解得重力加速度大小为 g≈9.70 m/s2。 9.70 2 3 4 5 1 5. (2023·陕西西安模拟)某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中， 由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带的一部分如 图1所示，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10 s。该同学将纸带 从每个计数点处截断，得到6条短纸带，再把6条短纸带的下端对齐贴在 纸上，以纸带下端为横轴建立直角坐标系，并将刻度尺边缘紧靠纵轴， 其示数如图2所示。(计算结果均保留两位有效数字) 2 3 4 5 1 (1)打下计数点“5”时小车的速度大小为 m/s。 (1)打下计数点“5”时小车的速度大小为 v＝×10－2 m/s≈0.68 m/s。 0.68　 (2)小车的加速度大小为 m/s2。 (2)小车的加速度大小为 a＝×10－2 m/s2≈0.70m/s2。 0.70　 2 3 4 5 1 (3)在某次实验中，若该同学所用交流电的频率大于50 Hz，则加速度的 测量值 (选填“＞”“＝”或“＜”)真实值。 (3)若该同学所用交流电的频率大于50 Hz，则实际周期较小，求得加速 度的测量值小于真实值。 ＜　 2 3 4 5 1 $$