第1章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律-【优化探究】2026高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

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 1 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 达标检测　巩固提高 命题点二　实验创新设计 内容索引 2 实验技能　自主学习 一 3 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。 实验要点　互动探究 二 11 命题点一　教材原型实验 12 [典例1]　(2025·广东深圳模拟)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。 角度1　实验原理与操作 (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。  [解析]　电磁打点计时器是使用交流电源的计时仪器，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 13 (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 [解析]　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 [解析]　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，必须使用交流电源，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。 CD [典例2]　(2025·广东湛江模拟)据报道，中国航母的电磁弹射技术已经领先世界。若某次做模拟直线弹射实验时，从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，利用传感器每隔0.5 s测量一次模型机的位置，坐标为x，结果见下表。 角度2　数据处理与分析 t/s 0 0.5 1 1.5 2 x/m 0 5.1 20.2 45.1 80.2 (1)由表格中的数据可知，该模型机做____________(选填“匀加速”“匀速”或“匀减速”)直线运动。  匀加速 [解析]　根据表格中的数据可以看出，相邻相同时间内的位移差约为 常数 Δx＝(20.2－5.1)－5.1≈(45.1－20.2)－(20.2－5.1)≈(80.2－45.1)－(45.1－20.2) 所以该模型机做匀加速直线运动。 t/s 0 0.5 1 1.5 2 x/m 0 5.1 20.2 45.1 80.2 (2)在0.5 s到1.5 s内，该模型机的平均速度大小＝____________m/s。  t/s 0 0.5 1 1.5 2 x/m 0 5.1 20.2 45.1 80.2 [解析]　根据平均速度公式，可得0.5 s到1.5 s内，该模型机的平均速度大小 m/s＝40 m/s。 40 (3)这段时间内该模型机的加速度大小a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)。  t/s 0 0.5 1 1.5 2 x/m 0 5.1 20.2 45.1 80.2 [解析]　根据逐差法可知，这段时间内该模型机的加速度大小 a＝ m/s2≈40 m/s2。 40 命题点二　实验创新设计 21 1.实验器材的改进及速度的测量方法 22 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。 [典例3]　(2025·广东茂名模拟)小明用气垫导轨和光电门测量滑块做匀加速运动的加速度，如图甲所示。 角度1　实验器材创新 (1)用游标卡尺测遮光条宽度d。测量结果如图乙所示，则d＝_______mm。  [解析]　游标卡尺读数d＝1 mm＋×16 mm＝1.80 mm。 1.80 (2)按图示安装好实验器材并测出两光电门间的距离L。接通电源，释放 滑块，记下遮光条通过光电门A、B的时间分别为t1、t2，则遮光条经过 光电门B的速度vB＝____________，滑块的加速度a＝_____________。(均用测出的物理量符号表示)  　 () [解析]　遮光条经过光电门B的速度 vB＝，vA＝ 滑块的加速度 a＝()。 [典例4]　(2025·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。 角度2　实验数据处理创新 (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 [解析]　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(2.28×104~2.52× 104均正确) 0.518 (0.497~0.549均正确) [解析]　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。 [典例5]　(2025·广东广州模拟)一同学用手机测量重力加速度，先拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，再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。 角度3　实验目的创新 (1)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打开手机摄像功能，开始摄像 ③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置 ④捏住小球，从刻度尺旁静止释放 ①③②④ [解析]　先安装设备，故应先把刻度尺竖直固定在墙上，再把手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置，实验时要先打开手机摄像功能，开始摄像，然后捏住小球，从刻度尺旁静止释放，故正确的顺序为①③②④。 (2)将小球底部与刻度尺0刻度对齐，由静止释放，用手机连拍其下落过程；手机每隔0.1 s拍摄一张照片，选取连续拍摄的3张照片如图乙所示，读出第一张和第二张照片中小球底部对应的刻度分别为78.24 cm、122.25 cm，读得第三张照片中小球底部对应的刻度为__________cm。计算得到当地的重力加速度g＝__________ m/s2(保留三位有效数字)。  175.97　 9.71 [解析]　刻度尺的分度值为1 mm，所以要估读到毫米的下一位，则第三张照片中小球底部对应的刻度为175.97 cm。 根据Δh＝gT2可得，当地的重力加速度g＝ m/s2＝9.71 m/s2。 (3)若释放时手不小心给了小球一个向下的初速度，但也仍能用(2)的方 法计算当地的重力加速度，这是因为____________________________ ____________________。  利用Δh＝gT2计算加速度大小与 初速度是否为零无关 [解析]　利用Δh＝gT2计算加速度大小与初速度是否为零无关。 达标检测　巩固提高 三 37 1.(8分)(2025·广东广州模拟)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 2 3 4 5 1 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 D.取下纸带，再断开电源 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 38 2 3 4 5 1 解析：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。 39 (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 3 4 5 1 0.50 解析：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。 40 2.(10分)(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 41 (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。  2 3 4 5 1 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 42 解析：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 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 43 (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。 2 3 4 5 1 44 解析：如图甲所示。 2 3 4 5 1 答案：图见解析 45 (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)  2 3 4 5 1 71.5(70.0~73.0均正确)　 59.0(58.2~59.8均正确) 解析：－Δt图线如图乙所示， 由图像可知，直线斜率k＝71.5 cm/s2 截距b＝59.0 cm/s。 46 (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)  2 3 4 5 1 b　 2k 解析：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。 47 3.(8分)(2025·广东模拟)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： 2 3 4 5 1 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； 48 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。 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。  2 3 4 5 1 3.4 解析：挡光片的宽度为d＝3 mm＋4×0.1 mm＝3.4 mm。 49 (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 3 4 5 1 解析：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＝。 50 (3)滑块运动的加速度大小a＝__________(用k、d表示)。  2 3 4 5 1 解析：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 51 4.(10分)(2025·广东河源模拟)某同学用如图甲所示的装置测量重力加 速度。 2 3 4 5 1 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。 52 主要实验过程如下： (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。  2 3 4 5 1 13.40 解析：根据题意，由题图乙可知，两挡光片间的距离为L＝13.40 cm。 53 (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 3 4 5 1 解析：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 54 (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)。  2 3 4 5 1 解析：由2gL＝解得重力加速度大小为g≈9.70 m/s2。 9.70 55 5.(10分)(2025·广东广州模拟)某同学用如图甲所示的装置研究小车做直线运动的规律，实验步骤如下： ①将小车放在长板的P位置，让小车从P位置由静止开始下滑，通过计算机可得到小车与位移传感器间距离随时间变化的s－t图像如图乙，并求出小车的加速度a； ②改变长板的倾角， 重复步骤①。 2 3 4 5 1 56 请回答下列问题： (1)本实验____________(选 填“需要”或“不需要”) 平衡小车所受到的摩擦力。  2 3 4 5 1 不需要 解析：本实验研究小车做直线运动的规律，不需要求小车所受的合外力，即不需要平衡小车所受到的摩擦力。 57 (2)分析图乙中的s、t数据可知，小车在相邻相等时间内的位移差为____________cm，可得小车的加速度大小为____________m/s2(计算结果保留两位小数)。  2 3 4 5 1 2.60　 2.60 58 解析：小车0.1~0.2 s内的位移为 Δs1＝46.70 cm－42.80 cm＝3.90 cm 小车0.2~0.3 s内的位移为 Δs2＝42.80 cm－36.30 cm＝6.50 cm 小车在相邻相等时间内的位移差为 Δs＝Δs2－Δs1＝6.50 cm－3.90 cm＝2.60 cm 根据匀变速直线运动的推论Δs＝aT2，得小车的加速度大小为 a＝ m/s2＝2.60 m/s2。 2 3 4 5 1 59 $$