第1章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律(word教师用书)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义

该高中物理讲义聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，覆盖打点计时器使用、瞬时速度计算、加速度测定（逐差法、图像法）及误差分析等高考核心考点，按原理装置、操作要求、数据处理逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导、真题训练（原型与创新实验题）帮助学生突破实验难点，体现复习系统性与针对性。 讲义突出科学探究与科学思维培养，如原型实验强调“先通电后释放”操作规范，拓展创新题设计滴水计时器、重力加速度测量等情境，引导学生建模与误差分析。设置分层练习匹配不同难度，助力学生提升实验设计与数据处理能力，为教师把控复习节奏提供实用教学资源。

实验一　探究小车速度随时间变化的规律 原理装置 操作要求 数据处理 1.不需要平衡摩擦力。 2.悬挂的槽码质量不需要远小于小车质量 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.选纸带，标出各计数点，测量有关距离。 2.利用公式vn＝计算各个计数点对应的速度大小并记录。 3.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。 4.由纸带求加速度 (1)逐差法(6段位移) a＝。 (2)图像法：根据v -t图像的斜率求小车的加速度 学生用书⬇第16页 注意事项 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、小车与滑轮相撞。 5.适当：悬挂的槽码质量要适当，避免纸带上打出的点太少或过于密集 误差分析 1.使用刻度尺测计数点间的距离时有误差。 2.作v -t图像时出现作图误差。 3.电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同。 4.长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差 类型一　教材原型实验 某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。 (1)常见的打点计时器使用的都是　　　　(选填“直流”或“交流”)电源，当电源频率为50 Hz时，每隔　　　　s打一个点。 (2)关于本实验，下列说法正确的是　　　　。 A.释放纸带的同时，接通电源 B.先接通电源打点，后释放纸带运动 C.先释放纸带运动，后接通电源打点 D.纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小 (3)要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是　　　　。 (4)用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是　　　　　　　(选填“越小越好”“越大越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差　　　　(选填“有关”或“无关”)。 答案：(1)交流　 0.02　(2)BD　(3)刻度尺 (4)越小越好　有关 解析：(1)常见的打点计时器使用的都是交流电源。当电源频率为50 Hz时，每隔Δt＝＝ s＝0.02 s 打一个点。 (2)应先接通电源打点，待打点稳定后，再释放纸带运动，这样纸带可以得到充分利用，记录更多的数据，以减小实验误差，A、C错误，B正确；纸带上相邻两计时点间的时间间隔相同，纸带上的点迹越密集，说明在相同时间内纸带通过的距离越小，说明纸带运动的速度越小，D正确。 (3)要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是刻度尺，用刻度尺测量纸带上计数点间距离。 (4)表示的是Δt内的平均速度，只有当Δt趋近于零时，才表示瞬时速度，因此若用表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的Δx越小，用计算得到的平均速度越接近计数点的瞬时速度，但Δx过小，测量误差增大，因此从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差有关。 某小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图甲所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上A、B、C、D、E、F和G，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。(以下计算结果均保留2位小数) (1)每相邻两计数点间的时间间隔为　　　　s，打D点时小车的速度vD＝　　　　cm/s。 (2)分别算出其他各点的速度vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，请在如图乙所示的坐标系中作出小车运动的v -t图像(以打A点时开始计时)。并说明小车速度变化的规律：　　　　　　　。 (3)根据图线求出小车运动的加速度a＝　　　　m/s2。 (4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是　　　　cm/s，此速度的物理意义是。 学生用书⬇第17页 (5)实验完毕后，某同学发现实验时电源的实际频率小于50 Hz，那么速度的测量值比实际值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 答案：(1)0.10　26.30　(2)见解析图　小车速度随时间均匀增大　(3)0.48(0.46～0.50均可) (4)12.00(11.50～12.50均可)　打A点时小车的速度　(5)偏大 解析：(1)纸带上每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz，可知两计数点间的时间间隔为T＝5×＝5× s＝0.10 s。在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打D点时小车的速度为vD＝＝ cm/s＝26.30 cm/s。 (2)由vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vD＝26.30 m/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，在坐标系中作出小车运动的v -t图像(以打A点时开始计时)如图所示。由v -t图像可知，在误差允许的范围内，小车速度随时间均匀增大，即小车做匀加速直线运动。 (3)根据图线可得小车运动的加速度为 a＝＝×10－2 m/s2≈0.48 m/s2。 (4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是12.00 cm/s，此速度的物理意义是打A点时小车的速度。 (5)实验时电源的实际频率小于50 Hz，则有Δt＝＞0.02 s，即打点周期实际大于0.02 s，若仍按0.02 s计算，由v＝可知，速度的测量值比实际值偏大。 类型二　拓展创新实验 (2026·河北唐山二模)某实验小组测量小车在水平桌面上做匀减速直线运动的速度和加速度，使用自制“滴水计时器”进行实验。实验前，将该计时器固定在小车左侧，如图(a)所示。实验时，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s滴下45个小水滴) (1)甲同学认为滴水针头与桌面的间距很小，可以忽略水滴的下落时间，即水滴滴下的瞬间就落在桌面上。根据图(b)的数据，小车运动到A点位置时的速度大小v＝　　　　m/s，小车的加速度大小a＝　　　　m/s2。(结果均保留2位有效数字) (2)乙同学认为滴水针头与桌面的间距较大，不能忽略水滴的下落时间，即水滴滴下后先做平抛运动然后落在桌面上。按照乙同学的观点，小车连续两次滴水时间内的位移　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)对应的两水滴落到桌面上的落点间距；甲同学测得的加速度a　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)小车运动的加速度。 [破题“三步曲”] 答案：(1)0.18　 0.036　(2)大于　等于 解析：(1)滴水计时器每30 s滴下45个小水滴，滴水的周期T＝ s＝ s 小车运动到A点位置时的速度大小v＝×10－3 m/s≈0.18 m/s 小车的加速度大小a＝×10－3 m/s2≈0.036 m/s2。 (2)由于水滴下落时间不能忽略，水滴滴下后做平抛运动，小车做减速运动，越晚滴下的水滴平抛的初速度越小，抛出点之间的距离大于落地点之间的距离，所以，小车连续两次滴水时间内的位移大于对应的两水滴落到桌面上的落点间距。由于小车做匀减速直线运动，所以相邻水滴做平抛运动的初速度的差值相同，水滴做平抛运动的时间相同，则小车连续两次滴水时间内的位移与对应的两水滴落到桌面上的落点间距的差值相同，根据逐差法求解加速度的原理可知甲同学测得的加速度a等于小车运动的加速度，与水滴下落时间无关。 某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图(a)所示，将一根米尺竖直固定，在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球，小球下落途经某位置时，使用相机对其进行拍照，相机曝光时间为 s。由于小球的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H、小球在曝光时间内移动的距离Δl。计算出小球通过该位置时的速度大小v，进而得出重力加速度大小g。实验数据如下表： 次数 1 2 3 4 5 Δl/cm 0.85 0.86 0.82 0.83 0.85 v/(m·s－1) 4.25 4.10 4.15 4.25 H/m 0.918 1 0.942 3 0.853 0 0.886 0 0.923 1 (1)测量该小球直径时，游标卡尺示数如图(b)所示，小球直径为　　　　mm。 (2)在第2次实验中，小球下落H ＝0.942 3 m时的速度大小v＝　　　　m/s(保留3位有效数字)；第3次实验测得的当地重力加速度大小g＝　　　　m/s2(保留3位有效数字)。 (3)可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有　　　　。 A.适当减小相机的曝光时间 B.让小球在真空管中自由下落 C.用质量相等的实心铝球代替实心钢球 [破题“三步曲”] 答案： (1)15.75　 (2) 4.30　 9.85　(3) AB 解析：(1)由游标卡尺的读数规则可知，小球的直径为15 mm＋15×0.05 mm＝15.75 mm。 (2)由题意可知，小球下落H＝0.942 3 m时的速度 v＝＝ m/s＝4.30 m/s；由运动学公式v2＝2gH得g＝＝ m/s2≈9.85 m/s2。 (3)小球下落一定高度时的瞬时速度近似为曝光时间内的平均速度，曝光时间越短，曝光时间内的平均速度越接近瞬时速度，实验误差越小，故A正确；让小球在真空管中自由下落，可以减小空气阻力的影响，减小实验误差，故B正确；用质量相等的实心铝球代替实心钢球，铝球体积更大，阻力对铝球的影响较大，实验误差较大，故C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $