第1章 实验一 测量做直线运动物体的瞬时速度(教用Word)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度 原理装置图 操作要求 注意事项 1．不需要补偿摩擦力． 2．不需要满足悬挂槽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槽码，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．增减槽码的质量，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：先接通电源后释放小车，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，防止槽码落地及小车与滑轮相撞． 5．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． 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． 考点一　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． [例1]　(2025·荆州期末)某同学利用如图1所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”． (1)图1所示的打点计时器所用的电压为__________(填“交流 220 V”或“直流 220 V”)； (2)该同学开始实验时，先释放小车再接通电源，该同学实验操作中不恰当的地方是__________； (3)该同学在实验中使用频率为 50 Hz的打点计时器，获得的纸带如图 2 所示，其中相邻两个计数点之间还有 4 个点没有画出，根据纸带可以求得打点计时器在打下 C 点时小车的速度为 ______m/s，小车的加速度大小为 ______m/s2(均保留两位有效数字). 【解析】　(1)电火花打点计时器使用电压为 220 V交流电源． (2)为了充分利用纸带，应该先接通电源，再释放小车． (3)实验中使用频率为50 Hz的打点计时器，纸带上相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，则相邻两计数点间的时间间隔为 T＝×5＝ s＝0.1 s 根据匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，因此打C点的瞬时速度 vC＝＝＝×10-2m/s＝0.50m/s 根据“逐差法”，小车加速度 a＝ ＝×10-2 m/s2＝0.83 m/s2 【答案】　交流220 V　应该先接通电源再释放小车　0.50　0.83 [对点训练] 1．(2023·浙江1月选考节选)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． 图甲 (1)需要的实验操作有________(多选)； 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(结果保留三位有效数字). 图乙 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，则小车靠近打点计时器静止释放，先接通电源再释放小车，C、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，打点周期T＝0.02 s，打计数点2时小车的速度大小为v2＝＝ m/s＝1.48 m/s. 答案：(1)ACD　(2)2.75(2.70～2.80)　1.48(1.45～1.50) 考点二　拓展创新实验 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．情景拓展 (1)实验器材及速度的测量方法的改进 (2)获得加速度方法的改进 长木板倾斜，靠小车的重力获得加速度(如图甲、乙所示)靠重物的拉力获得加速度． (3)计时方法的改进 采用频闪照相法和滴水法获得两点间的时间间隔打点计时器． [例2]　(2025·金华月考)某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究滑块做直线运动的快慢问题．滑块上的左右端各有一个完全一样的遮光板．光线被遮光板遮挡时，传感器会输出高电压． 如图丙所示，用游标卡尺测量遮光板的宽度d＝ __________mm.挂上钩码后，将滑块由如图甲所示位置释放，滑块在细线的牵引下向左做直线运动，遮光板1、2分别经过光电传感器时，通过光电传感器和计算机得到的图像如图乙所示，若t1 、t2 、t3 、t4 和d已知，则遮光板2在经过光电传感器过程中的平均速度为__________．(用已知量的字母表示) 【解析】　由丙图可知，游标卡尺的读数为 d＝10 mm＋15×0.05 mm＝10.75 mm 由题可知，滑块做加速度运动，则通过相同距离所用时间减小，所以遮光板2在经过光电传感器过程中所用时间为 Δt＝t4－t3 所以平均速度为 v＝＝ 【答案】　10.75　 [例3]　(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. (b) 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，在所给的图中补全实验点． (c) (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). (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＝＝ cm/s＝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，如上图所示，可知斜率k＝ cm/s2＝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　80.0　(2)如解析图所示　(3)70.0　59.0　(4)b　2k [对点训练] 2．(2024·广东潮州期中)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中： (1)乙图的打点计时器工作电压为______(填“交流”或“直流”)______V．若提供的实验器材中同时有甲乙两图所示的打点计时器，优先选用______图(填“甲”或“乙”)； (2)下列操作中正确的有______； A．打点计时器应安装在长木板的有滑轮一端 B．在释放小车前，小车要靠近打点计时器 C．应先接通电源，后释放小车 D．两相邻测量点间的时间间隔必须是0.1 s E．用v－t 图线处理数据时，必须用平滑的曲线连接所有的点 (3)小明同学在实验中得到了几条较为理想的纸带，已在每条纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编为0 、1 、2 、3 、4.由于不小心，纸带被撕断了，如图所示．请根据给出的A 、B 、C 、D 四段纸带回答：在B 、C 、D 三段纸带中选出从纸带A 上撕下的那段应该是(　　 ) A． B． C． D． (4)小兰同学打出的一条纸带如图所示，A、B、C、D、E为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s．则实验时纸带的________端是和小车相连的．(填“左”或“右”)；打点计时器打下C点时小车的速度大小为______m/s.(结果保留小数点后一位) 解析：(1)乙图为电火花计时器，所用电压为220 V的交流电压，电火花计时器相较于电磁打点计时器阻力小，所以优先选用电火花计时器． (2)A.打点计时器应安装在长木板没有滑轮的一端，故A错误； B．在释放小车前，小车要靠近打点计时器，故B正确； C．应先接通电源，待打点稳定后释放小车，故C正确； D．两相邻测量点间的时间间隔可根据实际情况选取，故D错误； E．用v－t 图线处理数据时，误差较大的点应当舍去．故E错误． 故选BC. (3)根据逐差公式可得 x34－x23＝x23－x12＝x12－x01 将x12＝44.0 mm 、x01＝36.0 mm代入可得 x34＝60.0 mm 故选C. (4)因为小车速度增大，所以纸带的左端与小车相连． 打下C点时小车的速度大小 v＝ m/s＝1.5 m/s 答案：(1)交流　220　乙 (2)BC (3)C (4)左　1.5 学科网（北京）股份有限公司 $$