实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度 课件 -2027届高考物理一轮专题复习

该高中物理高考复习课件聚焦“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验专题，依据高考评价体系梳理了打点计时器使用、瞬时速度计算、加速度测定（逐差法/图像法）等核心考点，通过近五年真题分析明确实验操作（如“两先两后”）和数据处理占60%的高频考查权重，归纳出选择、填空、计算三类常考题型。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+真题实战”的备考路径，如以2023浙江选考真题为例，详解“调节细线平行”“先通电源再释放小车”等操作要点，培养学生科学探究和科学思维素养。特设“误差分析模板”和“逐差法速算公式”，助力学生掌握实验题答题技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破，提升复习效率。

内 容 索 引 教材原型实验 创新拓展实验 课时作业 实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度 1 一、实验目的 1.练习正确使用打点计时器，学会利用打下点的纸带研究物体的运动。 2.测量匀变速直线运动的瞬时速度和加速度(Δx=aT2或v－t图像)。 二、实验原理 1.利用纸带判断物体运动性质的方法 (1)沿直线运动的物体，若任意相等时间内的位移相等，则物体做____________运动。  (2)①沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4、…，若Δx=x2－x1=x3－x2=x4－x3=…，且对任意时间间隔T均成立，则说明物体在做______________运动，且Δx= aT2。  ②利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v－t图像，若图像是一条倾斜的直线，则物体做_____________运动。   匀速直线 匀变速直线 匀变速直线 2 2.由纸带计算瞬时速度和加速度 (1)“中间点”的瞬时速度：如图中的n点。n点的瞬时速度vn=____________。   (2)利用纸带求物体加速度的两种方法 ①逐差法：所测数据全部得到利用，精确度较高。 a1=，a2=，a3=⇒a==_________________________________。  ②图像法：利用vn=求出打各点时物体的瞬时速度，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。   3 三、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)，墨粉纸盘(或复写纸)，一端附有滑轮的长木板，小车，纸带，细绳，槽码，导线，交流电源，___________。  四、实验步骤 1.仪器安装 (1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 (2)把细绳的一端拴在小车上，细绳跨过滑轮，下端挂上合适的槽码，纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地_______滑行。  刻度尺 加速 4 2.测量与记录 (1)把小车停在靠近打点计时器处，先_______________，后_____________，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。随后立即关闭电源，换上新纸带，重复三次。  (2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点。为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即T=5×0.02 s=0.1 s。如图所示，正确使用毫米刻度尺测量并计算每相邻两计数点之间的距离。   (3)利用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，求得打计数点1、2、3、4、5时小车的瞬时速度。 (4)增减所挂槽码数，或在小车上放置重物，再做两次实验。 接通电源 放开小车 5 五、数据处理 1.由实验数据得出v－t图像     根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点应均匀分布在直线的两侧，舍去偏离直线较远的点。如图所示，这条直线就是本次实验的v－t图像，它是一条倾斜的直线。因此小车做匀加速直线运动，加速度就是v－t图像的斜率。　 2.公式法 若x2－x1=x3－x2=x4－x3=…=xn－xn－1，则小车做匀变速直线运动，加速度a=。 6 六、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.计数点间距测量存在偶然误差。 3.作图存在误差。 七、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.小车应从靠近打点计时器的位置释放。 7 (2023·浙江1月选考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。 (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 例 1 【解析】 “探究小车速度随时间变化的规律”实验中不需要平衡摩擦力，B错误；调节细线与轨道平行可以使小车做匀加速直线运动，A正确；小车靠近打点计时器由静止释放，应先接通电源再释放小车，C、D正确。 ACD 8 (2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图所示。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。(结果均保留3位有效数字)  【解析】 根据读数方法，计数点1的读数为27.5 mm，即2.75 cm。打计数点2时小车的速度v2= m/s≈1.46 m/s。 2.75(2.72~2.78均可) 1.46(或1.47) 9 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的交变电源。  (1)电火花计时器的工作电压为__________(填“8 V”或“220 V”)。安装纸带时，需要将纸带置于____________________ (填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的_________(填“上方”或“下方”)。  220 V 例 2 【解析】 电火花计时器的工作电压为220 V。安装纸带时，需要将纸带置于墨粉纸盘的下方。 甲 墨粉纸盘 下方 10 (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 【解析】 实验时，应先接通电源后释放小车，A、C错误，B正确；纸带上打点越密集，说明相邻两计时点间的距离越小，因打点的时间间隔相同，则表明纸带运动速度越小，D错误。 11 (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个计时点，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2位有效数字)  0.80 【解析】 相邻两个计数点间的时间间隔T=0.1 s，由逐差法可得，小车的加速度a= m/s2=0.80 m/s2。打点计时器在打B点时小车的速度vB= m/s=0.40 m/s。 乙 0.40 12 (4)第2个实验小组计算出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3位有效数字)  丙 【解析】 剔除错误数据，描点连线，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图所示。 根据图像可求出小车运动的加速度a= m/s2≈1.53 m/s2。　 【答案】 见解析图 1.53(1.52、1.54均可) 13 1.实验器材的创新 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。 2.数据处理的创新 通过图像处理数据，如作出－t图像、－x图像来处理数据，由图像中的斜率、截距来确定与初速度、加速度的联系，从而求出初速度、加速度等物理量。 14 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____________。  例 3 【解析】 小钢球受到的空气阻力相比其重力很小，可近似认为做自由落体运动，故选小钢球。 甲 小钢球 15 (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 【解析】 安装好器材后，先固定手机调好镜头位置，再打开手机摄像功能进行摄像，最后由静止释放小球，故顺序是①③④②。 ①③④② 16 (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。  【解析】 由题图读得x1=2.55 cm，x2=26.50 cm，x3=77.20 cm，由(x3－x2)－(x2－x1)=gT2，T= s，解得重力加速度g≈9.6 m/s2。 乙 9.6(9.5、9.7均可) 17 (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 【解析】 释放时手晃动，导致小球的运动偏离了竖直方向，但在小球下落过程中，小球竖直分运动仍然是加速度为重力加速度g的运动，故仍能用(3)问的方法测出重力加速度。 18 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测量挡光片的宽度d； ②测量挡光片到光电门的距离x； 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x，测出所对应的挡光时间t； ⑤以为纵坐标，x为横坐标，作－x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： 例 4 甲 乙 19 (1)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)。  【解析】 (1)滑块通过光电门时的速度大小v=。 (2)将挡光片经过光电门的平均速度视为挡光片前端经过光电门的瞬时速度，则滑块运动的加速 度a=____________(用k、d表示)，挡光片前端的实际瞬时速度比测量速度_________(填“大”或 “小”)，实际瞬时速度大小为____________(用a、t、d表示)。  【解析】 由运动学公式v2=2ax，=2ax，得x，－x图像的斜率k=，则滑块运动的加速度a=，测量速度等于挡光片经过光电门中间时刻的速度，则挡光片前端的实际瞬时速度比测量速度小。设挡光片前端的实际瞬时速度为v1，由运动学公式得v=v1＋a·，解得v1=。 (3)用一根针代替挡光片，实验效果不理想，你认为原因可能是____________________________。  【解析】 用一根针代替挡光片，实验效果不理想，原因可能是测量针的宽度时测量误差较大。     小   测量针的宽度时测量误差较大 20 课时作业 21 答案速对 第一单元 实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度 题号 1 2 3 4 5 答案 见答案 见答案 见答案 见答案 见答案 1 2 3 4 5 22 1.(2025·丽水期中)如图甲、乙所示的两种打点计时器是高中物理实验中常用的仪器。某同学在“探究小车速度随时间变化规律”实验中，组装了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L=5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做加速度不变的直线运动通过静止的光电门，实验时测得两次遮光时间分别为Δt1=0.10 s，Δt2=0.05 s。则： 甲 乙 丙 丁 1 2 3 4 5 23 (1)第一个遮光片通过光电门时小车的速度大小为_______ m/s。 (2)关于图甲、乙两种打点计时器，下列说法中正确的有______(多选)。  A.它们都是使用8 V以下的交流电源 B.当电源频率为50 Hz时，它们都是每隔0.02 s打一个点 C.甲打点计时器使用直流电源，乙打点计时器使用交流电源 D.乙打点计时器工作时，纸带运动受到的阻力较小，所以实验误差也较小 【解析】 (1)第一个遮光片通过光电门时小车的速度大小为v1==0.05 m/s。 0.05 【解析】 甲为电磁打点计时器，使用8 V以下的交流电源，乙为电火花打点计时器，使用220 V交流电源，A、C错误；当电源频率为50 Hz时，则打点的时间间隔T==0.02 s，B正确；电火花打点计时器工作时，纸带运动受到的阻力较小，所以实验误差也较小，D正确。 BD 1 2 3 4 5 24 (3)在某次实验中，小车拖着纸带通过打点计时器记录下的运动情况如图戊所示，图中A、B、C、D、E为连续选定的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.04 s，则在打C点时小车的速度是__________m/s，小车加速度大小是________ m/s2。(结果均保留3位有效数字)  戊 【解析】 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则在打C点时小车的速度为vC=×0.01 m/s=0.475 m/s；根据逐差法可知加速度a=×0.01 m/s2=1.25 m/s2。 0.475 1.25 1 2 3 4 5 25 2.(2023·全国甲卷)某同学利用如图甲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乙所示。 甲 乙 1 2 3 4 5 26 (1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s，以打出A点时的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。  位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 66.0 73.0 87.3 94.6 【解析】 根据纸带的数据可得ΔxAD=ΔxAB＋ΔxBC＋ΔxCD=6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm=24.00 cm，平均速度为=80.0 cm/s。 24.00 80.0 1 2 3 4 5 27 (2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图丙所示。补全图丙中实验点。 丙 【解析】 根据(1)的结果补全图丙中实验点，如图所示。 1 2 3 4 5 28 (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)  【解析】 从实验结果可知，小车运动的－Δt图线可视为一条直线，图像如图所示，此直线用方程=kΔt＋b表示，由图像可知k= cm/s2=70.0 cm/s2，b=59.0 cm/s。 70.0 59.0 1 2 3 4 5 29 (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)  【解析】 小车做匀变速直线运动，由位移公式x=v0tat2，整理得=v0at，即=vAat，故根据图像斜率和截距可得vA=b，a=2k。 b 2k 1 2 3 4 5 30 3.某同学利用如图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(未到达滑轮处)。从纸带上选取便于测量的部分，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。 甲 乙 1 2 3 4 5 31 (1)实验中除了打点计时器外，还需要用到的测量器材是_____。  A.　　 B. C.　 D. 【解析】 本实验需要根据纸带上的数据计算物块的速度，故需要用到刻度尺测量点距，C正确。 C 1 2 3 4 5 32 (2)通过分析纸带上的数据，可判断物块开始减速的时刻位于_____。  A.计数点5和6之间某时刻 B.计数点6和7之间某时刻 C.计数点7和8之间某时刻 【解析】 从题图乙可以看出，物块从计数点1开始加速，相邻相等的时间间隔的位移差大约为2 cm，而第6个到第7个计数点间的距离与第5个到第6个计数点间的距离相比增加了1.27 cm，故开始减速的时刻位于计数点6和7之间某时刻，B正确。 B 1 2 3 4 5 33 (3)若打点计时器所接电源的频率为50 Hz，计数点5对应的速度大小为_______ m/s，计数点6对应的速度大小为_______ m/s。(结果均保留3位有效数字)  【解析】 相邻计数点的时间间隔T=0.1 s，则计数点5的速度v5= m/s≈1.00 m/s，由逐差法可得加速阶段的加速度大小为a= m/s2≈2.00 m/s2，因而v6=v5＋aT=1.20 m/s。 1.00 1.20 1 2 3 4 5 34 4.某物理小组利用如图甲所示的装置测当地的重力加速度g。在铁架台上安装两个光电门，光电门1固定，光电门2可上下移动。将电磁铁通电，小铁球静止在电磁铁下端，调整两光电门的位置，让电磁铁断电后，小铁球沿竖直线通过两个光电门，光电计时器能记录小铁球从光电门1运动至光电门2的时间t。(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，测量结果如图乙所示，则小铁球的直径D=_________ cm。  甲 乙 【解析】 (1)由题图乙可知，游标卡尺的精确度为0.05 mm，则测量结果精确到厘米后的千分位，由于游标卡尺的主尺读数为10 mm，游标尺读数为0×0.05 mm=0，故小铁球的直径D=10.00 mm =1.000 cm。 1.000 1 2 3 4 5 35 (2)使小铁球由静止下落，用铁架台上的固定刻度尺测出两个光电门之间的距离h及对应的运动时间t。保证光电门1的位置不变，多次改变光电门2的高度，并测出多组h和t，以为纵坐标，以t为横坐标，作出－t关系图线如图丙所示，若不考虑小铁球直径对实验的影响，则图中纵截距的含义是_________________________________；  当地重力加速度的测量值g=________ m/s2(结果保留2位有效数字)。  丙 【解析】 设小铁球经过光电门1时的速度为v1，根据位移—时间公式有h=v1tgt2，变形得=v1gt，由此可知题图丙中纵截距的含义是小铁球经过光电门1时的速度；图像的斜率为k=g= m/s2，解得g≈9.7 m/s2。 小铁球经过光电门1时的速度 9.7 1 2 3 4 5 36 (3)如果考虑空气阻力对实验的影响，则重力加速度的测量值与真实值相比_________(填“偏小”“相等”或“偏大”)。  【解析】如果考虑空气阻力对实验的影响，实际上小铁球下落的加速度小于g，故测得的重力加速度偏小。 偏小 1 2 3 4 5 37 5.某物理兴趣小组用如图甲所示的装置研究小车在水平桌面上做直线运动的情况。用自制滴水计时器测量时间，滴水计时器每隔0.1 s滴下一个小水滴。现将滴水容器固定在小车左端。重物通过滑轮用细绳牵引小车做匀加速直线运动，结果在水平桌面上留下一串水滴，如图乙所示，测出ab=3.20 cm，bc=4.41 cm，cd=5.61 cm，de=6.82 cm，不计空气阻力。[(2)(3)问中计算结果均保留2位小数] 甲 乙 1 2 3 4 5 38 (1)由图乙可知，重物应挂在图甲中细绳的端________(填“M”或“N”)端；  【解析】 挂上重物后，小车做匀加速运动，由图乙可知小车从左向右做匀加速运动，所以重物应挂在N端。 (2)b水滴刚滴下时小车的速度是________ m/s；  【解析】 小车在b点的瞬时速度为ac间的平均速度，即vb= cm/s≈0.38 m/s。 (3)用逐差法计算小车运动的加速度为__________ m/s2；  【解析】 利用逐差法计算的加速度为a=≈1.21 m/s2。 (4)水滴刚离开容器的位置距离桌面有一定的高度，这一因素会导致小车速度的测量值_________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  【解析】 考虑水滴在空中做平抛运动，相邻两水滴之间的距离大于车的实际位移，从而会导致速度的测量值偏大。 N 0.38 1.21 偏大 1 2 3 4 5 39 $