第一章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律-【勤径学升】2026年高考物理一轮总复习教师用书word（人教版2019）

实验一　探究小车速度随时间变化的规律 对应学生用书P17 原理装置图 操作要领 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)平行：细绳、纸带与长木板平行 (2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置 (3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带 (4)防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏 (5)适当：悬挂槽码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集 数据处理 注意事项 (1)利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝ ＝＝ (2)利用平均速度求瞬时速度：vn＝ (3)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 (1)实验中先接通电源，后让小车运动，实验完毕应先断开电源后取纸带 (2)小车到达长木板末端前应让小车停止运动，防止小车落地和小车与滑轮相撞 (3)选纸带时应选点迹清晰的，且舍去打点密集部分 (4)注意区别计时点和计数点，明确计数点间的时间间隔 (5)作图像时，横、纵坐标轴单位的选取要适当，同时注意连线的原则 考点 教材原型实验 [例1]　(2024·吉林白城统考期末)在用打点计时器研究小车做匀变速直线运动的实验中，某同学打出的一条纸带如图所示。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，他以0点为起点，以后每5个点取一个计数点，依次标为1、2、3、4、5、6，并且测得x1＝1.40 cm，x2＝1.90 cm，x3＝2.39 cm，x4＝2.89 cm，x5＝3.40 cm，x6＝3.90 cm(计算结果均保留3位有效数字)。 (1)该实验使用了电火花计时器，关于电火花计时器的使用，下列说法正确的是_________ (单选)。 A.电火花计时器使用的是8 V左右的直流电源 B.在实验操作中，先让物体运动，后接通电源 C.在同一纸带上打的点越密，说明物体运动的速度越小 (2)根据题中所给的数据算出打计数点5时的瞬时速度v5＝________m/s。 (3)根据题中所给的数据算出小车的加速度为a＝________m/s2。 解析　(1)电火花计时器使用的是220 V的交流电源，故A错误；为了避免纸带上出现大量的空白段落，在实验操作中，先接通电源，后让物体运动，故B错误；由于打点时间间隔相同，在同一纸带上打的点越密，相邻点迹位移越小，则说明物体运动的速度越小，故C正确。 (2)由于每5个点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s， 打计数点5时的瞬时速度： v5＝＝ m/s＝0.365 m/s。 (3)根据逐差法可知，加速度为 a＝， 代入数据解得a＝0.500 m/s2。 答案　(1)C　(2)0.365　(3)0.500 1．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G，7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接周期为T0＝0.02 s的交流电源。 他经过测量并计算得到打点计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如表所示： 对应点 B C D E F 速度/(m·s－1) 0.122 0.164 0.205 0.250 0.289 (1)计算vF的公式为vF＝____________(用已知量字母表示)。 (2)根据表中记录的数据，作出vt图像。令B点为计时起点，物体的加速度a＝________m/s2。 (3)如果当时电网中交流电流的频率是f＝51 Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析　(1)每相邻两个计数点间还有4个点，故相邻的计数点之间的时间间隔为T＝5T0＝0.1 s，利用匀变速直线运动的推论得vF＝＝。 (2)作出vt图像如图所示，根据图线斜率可解得a＝＝ m/s2≈0.42 m/s2。 (3)如果在某次实验中，交流电的频率为51 Hz＞50 Hz，则实际打点周期变小，由Δx＝aT2得，加速度的测量值与实际值相比偏小。 答案　(1)　(2)见解析图　0.42　(3)偏小 2．某实验小组同学利用电磁打点计时器做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验。装置如图甲所示，在调整好仪器后，正确操作得到点迹清晰的纸带。 (1)关于该实验，下列说法正确的是________。 A．打点时先释放纸带再接通电源 B．应使重物的质量远小于小车的质量 C．应消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响 D．应调整滑轮高度使连接小车的细绳与长木板平行 (2)如图乙所示是某同学一次实验得到小车运动情况的纸带，他进行如下数据处理：在纸带上连续选取六个计时点A、B、C、D、E、F并测得A、C两点间的距离为x1，B、D两点间的距离为x2，已知打点计时器所用的交流电源的频率为f，则打点计时器在纸带上打下B点时小车运动的瞬时速度大小vB＝________；小车运动的加速度a＝________。 (3)如图a、b所示是两位同学用同一组实验数据，分别作出的小车运动的vt图像，你认为作图正确的是________。 解析　(1)为保证速度从零开始计时，便于之后选取计数点打点。应先接通电源再释放纸带，故A错误；重物的质量要远远小于小车的质量，故B正确；本实验只测加速度，不需要补偿阻力，故C错误；实验前要调整滑轮高度使细线与木板平行，要平衡摩擦力，故D正确。 (2)由匀变速直线运动规律可知，某段时间的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，有vB＝，f＝，解得vB＝，由x2－x1＝2aT2，解得a＝。 (3)图a中让大多数点落在这条直线上将异常的点舍弃掉，故选a。 答案　(1)BD　(2)x1f　(x2－x1)f2　(3)a 考点 探索创新实验 1．高考启示 高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。 2．对本实验改进创新的方法 (1)实验器材的改进及速度的测量方法(如图) (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。 [例2]　某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。 实验步骤如下： ①如图甲，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑； ②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt； ③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度，如图乙所示，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出； ④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③； ⑤多次重复步骤④； ⑥利用实验中得到的数据作出Δt图像，如图所示。 完成下列填空： (1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和Δt的关系式为＝________。 (2)由图可求得，vA＝______cm/s，a＝______cm/s2。(结果保留3位有效数字) 解析　(1)设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知v＝vA＋aΔt，且＝， 联立解得＝vA＋aΔt。 (2)由图像可求得vA＝52.1 cm/s a＝ cm/s2≈8.3 cm2， 即a＝16.6 cm/s2。 答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6(15.8～16.8) 3．(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________(选填“天平”或“刻度尺”)。 (2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50 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/(×10－3 s) 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________ m/s(结果保留两位有效数字)。 (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。 (2)根据平均速度的计算公式可知 v＝＝ m/s＝1.5 m/s。 (3)根据匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的速度，有v1＝，v2＝， 又v2＝v1＋g， 可得g＝。 (4)光栅板的长度明显，下落过程中受到空气阻力的影响，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) (4)光栅板受到空气阻力的作用 4．(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，将打出的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。在题图中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的Δt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)由题图(b)中纸带的相关数据可知ΔxAD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm，由平均速度的定义可知AD＝＝＝80.0 cm/s。(2)将坐标点(0.3 s，80.0 cm/s)在图中描点，如图所示。(3)将图中的实验点用直线拟合，如图所示，可知斜率k＝＝70.0 cm/s2，截距b＝59.0 cm/s。(4)小车做匀变速直线运动，有x＝v0t＋at2，变形可得＝＝v0＋at，故小车在t＝0时，即打出A点时小车的速度大小vA＝b，小车的加速度大小a满足a＝k，即a＝2k。 答案　(1)24.00　80.00　(2)见解析图 (3)70.0　59.0　(4)b　2k 学科网（北京）股份有限公司 $$