2026届高考物理一轮复习课件：1.6 实验一：探究小车速度随时间变化的规律

第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究 第6课时 实验：探究小车速度随时间变化的规律 1.了解物理实验中的误差，学会减小实验误差。 2.会正确使用打点计时器，学会利用纸带上的点迹求物体的速度和加速度。 3.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。 第6课时 实验：探究小车速度随时间变化的规律 【目标要求】 02 01 目录 CONTENTS 03 04 实验误差 打点计时器 小车速度随时间变化的规律 纸带分析与计算 第6课时 实验：探究小车速度随时间变化的规律 3 主题一 实验误差 实验测量值(包括直接和间接测量值)与真实值(客观存在的准确值)之差。 一、实验误差 系统误差 偶然误差 主要 来源 (1)实验原理不完善 (2)实验仪器不精确 (3)实验方法粗略 由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的 基本 特点 对测量结果的影响具有相同的倾向性，即总是偏小或总是偏大 实验结果有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的概率相同 减小 方法 完善实验原理，提高实验仪器的准确程度，设计更科学的实验方法 多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值 1.定义： 2.分类： ③绝对误差只能判别一个测量结果的精确度，比较两个测量值的准确度则必须用相对误差。 3.误差分析： 一、实验误差 (1)首先应分清是系统误差还是偶然误差，系统误差对多次测量值的影响可能是相同的，偶然误差对多次测量值的影响是不同的。 (2)从分析数据的观点看，误差分为绝对误差和相对误差。 ①绝对误差是测量值与真实值之差的绝对值。在直接用仪器测量某一物理量时，提高测量仪器的精度是减小绝对误差的主要方法。 ②相对误差等于绝对误差Δx与真实值x0之比，一般用百分数表示， η＝×100%， 它反映了实验结果的准确程度。 (2)有效数字的位数：在一个数中，自左向右，从第一个不为零的数字起，到右边最末一位数字止(包括末位数为零的数字)，共有几个数字，就是几位有效数字。 一、实验误差 4.有效数字： 带有一位不可靠数字的近似数字。 (1)最后一位是测量者估读出来的，是偶然误差的来源。 最小单位是1的估读到下一位， 不是1的估读到本位 ______A ______A ______V ______V 2.21 0.44 8.5 1.70 思考：上边的四个有效数字的位数是否相等？ 主题二 打点计时器 (1)电磁打点计时器(如图) 0.02 二、打点计时器 1.作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时， 每隔 s打一次点。 2.结构： (2)电火花计时器(如图) 0.02 二、打点计时器 1.作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时， 每隔 s打一次点。 2.结构： (2)电火花计时器(如图) 0.02 二、打点计时器 1.作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时， 每隔 s打一次点。 2.结构： 3.工作条件： 电磁打点计时器： 交流电源 电火花计时器： 交流电源 8 V 220 V (1)电磁打点计时器(如图) 主题三 探究小车速度随时间变化的规律 2.实验过程： (1)按照实验装置，把打点计时器固定在长木板　　　 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　　　　　，后　　　　　； (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； (5)更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。 1.实验器材：电火花计时器(或电磁打点计时器) 、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、 槽码、　　　　、导线、　　　电源。 刻度尺 交流 无滑轮 接通电源 放开小车 三、探究小车速度随时间变化的规律 思考:②需悬挂槽码质量远小于小车质量? 思考:①本实验需要平衡摩擦力吗？ 不需要 5 6 主题四 纸带分析与计算 5 6 0 1 2 3 4 5 6 (1)V0=0? (2)打点计时器T0=0.02S,相邻计数点的时间T=? 0.1S (3)如何测量两点间的距离可以减小偶然误差？ xⅠ xⅡ xⅢ xⅣ xⅤ xⅥ x2 x3 x4 x5 x6 (4)如何计算打下各点时纸带的瞬时速度？ 四、纸带分析与计算 1.纸带分析： 5 6 0 1 2 3 4 5 6 ①瞬时速度 x2 x3 x4 x5 x6 x1 V1= V2= V3= V4= V5= V0=? V6=? V0 V6 四、纸带分析与计算 2.纸带计算： (1)图像法: (2)公式法: V0 V6 5 6 0 1 2 3 4 5 6 x2 x3 x4 x5 x6 x1 四、纸带分析与计算 2.纸带计算： ②加速度 a=k a= (1)图像法: (2)公式法: ∆x=aT2 xⅠ xⅡ xⅡ-xⅠ=a (3T)2 3T 3T V0 V6 x1 x2 x3 x4 a= xⅠ xⅡ xⅡ-xⅠ=a (2T)2 2T 2T 四、纸带分析与计算 2.纸带计算： ②加速度 a=k (1)图像法: (2)公式法: ∆x=aT2 3.思考与讨论：①如何求小车经过B点时的速度？②如何求小车的加速度？③如何判断小车做匀变速直线运动？ ①利用平均速度求瞬时速度 四、纸带分析与计算 ②方法一、利用逐差法求解平均加速度 vB＝ a1＝ a2＝ a3＝ a＝ T=0.1S 四、纸带分析与计算 ②方法二、利用速度—时间图像求加速度 a.作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解小车的加速度； b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 3.思考与讨论：①如何求小车经过B点时的速度？②如何求小车的加速度？③如何判断小车做匀变速直线运动？ T=0.1S 四、纸带分析与计算 b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t/s v/m·s-1 3.思考与讨论：①如何求小车经过B点时的速度？②如何求小车的加速度？③如何判断小车做匀变速直线运动？ T=0.1S 四、纸带分析与计算 ③Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。若Δx等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动。 3.思考与讨论：①如何求小车经过B点时的速度？②如何求小车的加速度？③如何判断小车做匀变速直线运动？ T=0.1S 4.注意事项 (1)平行：纸带、细绳要与长木板平行。 (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：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约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。 四、纸带分析与计算 5.误差分析 (1)纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起误差。 (2)计数点间距离的测量有偶然误差。 (3)作图有误差。 四、纸带分析与计算 【典例1】某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源。 (1)电火花计时器的工作电压为　　　　(选填“8 V”或“220 V”)。安装纸带时，需要将纸带置于　　　　　 (选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的　　　　(选填“上方”或“下方”)。  220 V 墨粉纸盘 下方 课堂练习 (2)下列说法中正确的是　　　　。  A.实验时，先释放纸带，再接通电源 B.实验时，先接通电源，待打点稳定后， 　再释放纸带 C.实验时，先接通电源或先释放纸带都可以 D.纸带上打点越密集说明纸带运动速度越大 B (3)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。则小车的加速度a＝　 　 m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝　　　 m/s(结果均保留两位有效数字)。  0.80 0.40 课堂练习 (4)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图丙所示，请根据这些点在图丙中作出v－t图像，并根据图像计算出小车运动的加速度a＝　　　 m/s2 (结果保留三位有效数字)。  1.52-1.54均可 课堂练习 【典例2】(创新实验)小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。 (1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适 合用作实验中下落物体的是　　　　。  小钢球 课堂练习 (2)下列主要操作步骤的正确顺序是　　　　 。 (填写各步骤前的序号)  ①把刻度尺竖直固定在墙上 ②捏住小球，从刻度尺旁静止释放 ③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置 ④打开手机摄像功能，开始摄像 ①③④② (3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为 s，刻度尺的分度值是1 mm，由此测得重力加速度为　 　 m/s2。  9.5-9.7均可 课堂练习 x1＝2.50 cm，x2＝26.50 cm, x3＝77.20 cm， (x3－x2)－(x2－x1)＝gT2 得g≈9.6 m/s2 (4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片，　　　(填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。  仍能 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 87.3 94.6 (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 发生相应位移所用时间和平 均速度分别为Δt和， 表中ΔxAD＝　 　 cm， ＝　　　 cm/s。  【典例3】(2023·全国甲卷·23)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。 课堂练习 24.00 80.0 (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。 课堂练习 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 24.00 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 80.0 87.3 94.6 (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)。  70.0 59.0 k＝ =70.0 cm/s2 b＝59.0 cm/s (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＝____(结果用字母k、b表示)。  b 2k 课堂练习 ＝v0＋at ＝kΔt＋b 【练习1】实验小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。 (1)实验操作前，　　　　平衡阻力(选填“需要”或“不需要”)。  不需要 课堂练习 33 (2)规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图乙所示，则纸带上打计数点2时小车速度大小v2＝　　　　 m/s；小车运动的加速度大小a＝　　　　 m/s2(结果均保留3位有效数字)。  0.504 1.50 课堂练习 v2＝＝0.504 m/s a＝＝1.50 m/s2 34 (3)某次实验中交流电源的频率发生了变动，频率变成了49 Hz，但做实验的同学仍按照50 Hz进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，该误差属于　　　(选填“系统”或者“偶然”)误差。  偏大 系统 课堂练习 35 【练习2】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，某同学将电火花计时器接在频率为50 Hz的电源上。在打出的纸带上每5个点取一个计数点，共取了1、2、3、4、5、6六个计数点，如图乙所示。 课堂练习 (1)图甲中电火花计时器所接的电源为　　　(选填“8 V”或“220 V”)交流电源。  220 V (2)图乙中计数点2的读数为　　　　 cm。  3.64-3.68均可 (3)打下图乙中计数点3时，小车的速度为　　　　 m/s(结果保留2位有效数字)。  0.28(或0.27) 【练习3】(2022·辽宁卷·12)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”)；  刻度尺 课堂练习 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(结果保留两位有效数字)；  1.5 (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/(×10－3s) 73.04 38.67 30.00 … 课堂练习 v＝＝1.5 m/s (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)；  v1＝ v2＝ v2＝v1＋g· 得g＝ 【练习4】利用如图所示的装置，某同学设计了DIS两种实验方法测定斜面上运动滑块的瞬时速度。 (1)方法一：遮光板固定在滑块中央，事先测定遮光板的宽度为L(很窄)。当滑块经过斜面上的B点时，固定在B点的光电门(图中没有画出)测出遮光板经过B点的时间为Δt，则遮光板经过B点的速度为____。若滑块不能视为质点，则测得的速度与滑块最右端到达B的速度相比______(填“偏大”“相等”或“偏小”)。  偏大 课堂练习 课堂练习 (2)方法二：将遮光板固定在滑块最右端(对齐)，从斜面上静止释放滑块，固定在B点的光电门测出遮光板经过B点的时间为Δt，更换不同的遮光板宽度L并测出对应的时间Δt。多次实验，则每次释放滑块　　　(填“一定”或“不一定”)从同一位置静止释放，测量多组数据后作出　　　　图像(对应物理量字母)为一条不过原点的直线，且该线的　　　 即为滑块刚到达B点的速度。 一定 －Δt 纵截距 ＝vB＋a 【练习5】物理实验课上，甲、乙两同学自主设计实验方案测当地的重力加速度，方案如下：甲同学的方案： (1)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架 台上，重物接上纸带，纸带穿过打点计时 器。打开电源，释放纸带，让重物做自由下 落运动，得到纸带。 课堂练习 (2)打出的纸带如图乙所示，连续打出的实验点作为计数点1、2、3、4、5、6、7、8、9等，电源的频率为50 Hz，实验时纸带的___(选填“左”或“右”)端应和重物相连接，由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为　　m/s2(结果保留两位有效数字)。 右 9.6 g＝ ＝9.6 m/s2 乙同学的方案：(3)如图丙所示，让小铁球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，注意：图中未画出光电门B所接计时器。 课堂练习 (4)用螺旋测微器测量铁球的直径，如图丁所示，则其直径为d＝ 　　　 　　 mm； 8.474-8.476均可 (5)用刻度尺测量出AB之间距离h； (6)调整AB之间距离h，记录下小球通过光电门B的时间t，多次重复上述过程。以为纵轴，以h为横轴，理论上，－h图像为过原点直线，如图戊所示，其斜率为k0，则g＝　　　。 2gh＝v2 v＝ 得h k0＝ JIESU END $$