1.5 实验一：探究小车速度随时间变化的规律 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验专题，依据高考评价体系梳理了打点计时器使用、瞬时速度测量、加速度计算（逐差法、图像法）等核心考点，分析考装置、读算、变化三大考查维度权重，归纳纸带数据处理、图像分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练与应试技巧指导，如2022江苏卷测量重力加速度题，通过2h-t²图像斜率求g，培养科学思维与科学探究素养。典例1用v-t图像斜率求加速度，典例3借1/t²-x图像突破创新实验，助学生掌握误差分析与迁移能力，教师可精准教学提升备考效率。

第5课时　实验一:探究小车速度随时间变化的规律 1.实验目的 (1)练习使用打点计时器。 (2)掌握瞬时速度的测量方法。 (3)能运用v-t图像探究小车速度随时间变化的规律。 2.实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端固定有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸。 命题分析 1.考装置:器材装配以及其他器材替代。 2.考读算:读长度、算速度和加速度以及作图求解。 3.考变化:计时方式、实验原理创新。 3.实验步骤 (1)按照实验装置,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,连接好电源。 (2)把一细绳系在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂合适的槽码,将纸带穿过打点计时器,并固定在小车后面。 (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)增减所挂的槽码,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。 4.数据处理 (1)匀变速直线运动的判断 沿直线运动的物体在连续相等时间T(T为相邻两计数点间的时间间隔)内的位移分别为x1、x2、x3、x4…,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…,则说明物体在做匀变速直线运动,且Δx=aT2。 (2)由纸带求物体运动的瞬时速度 根据匀变速直线运动在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来计算,即vn=。 (3)利用纸带求物体加速度的两种方法 ①逐差法 若为偶数段,如6段,如图所示,则a1=,a2=,a3=,然后取平均值,即。 若为奇数段,则最小段往往不用,如5段,可不用第1段,转换为偶数段,则a=,也可以用x5-x2=3a1'T2,x4-x1=3a2'T2,则'=求解。 ②图像法 先利用vn=求出n个点的瞬时速度(一般要5个点以上),然后作出v-t图像,用图线的斜率求物体运动的加速度。 特别提醒 1.不需要平衡摩擦力。 2.不需要满足悬挂槽码质量远小于小车质量。 操作注意 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。 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。 特别提醒 注意逐差法所选取的位移段。 考点一　教材原型实验 考向1　测量小车运动的加速度 典例1　图中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的实验仪器,请回答下面的问题: 甲 乙 (1)图乙是　　　 　　　(选填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”),电源采用的是　　　　　(选填“交流约8 V”“交流220 V”或“四节干电池”)。  电火花计时器 交流220 V (2)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,相邻点间的距离如图所示,每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出,电源频率为50 Hz。 ①试根据纸带上计数点间的距离,计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度,并将各个速度值填入表中,要求保留三位有效数字: 计数点 B C D E F 速度v/(m·s-1) 　   0.479 0.560 0.640 　 　  0.400 0.721 ②以打下A点的时刻为计时起点,将B、C、D、E、F各点对应的瞬时速度标在下图的直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 ③由所画v-t图像求出小车的加速度为　　　　m/s2。(结果保留两位有效数字)  0.80 (3)根据v-t图像判断,在打A计数点时,小车的速度vA=　　　　m/s。(结果保留三位有效数字)  0.330 解析 (1)图乙是电火花计时器,电源采用的是交流220 V。 (2)①每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出,则T=0.1 s,则 vB= m/s=0.400 m/s, vF= m/s =0.721 m/s。 ②画出小车的瞬时速度随时间变化的 关系图线如图所示。 ③所画v-t图像的斜率表示加速度, 即a= m/s2=0.80 m/s2。 (3)图像的纵截距即为在打A计数点时小车的速度,所以vA=0.330 m/s。 考向2　测量重力加速度 典例2　(2022江苏卷)小明利用手机测量当地的重力加速度,实验场景如图所示。他将一根木条平放在楼梯台阶边缘,小球放置在木条上,打开手机的“声学秒表”软件。用钢尺水平击打木条使其转开后,小球下落撞击地面。手机接收到钢尺的击打声开始计时,接收到小球落地的撞击声停止计时,记录下击打声与撞击声的时间间隔t。多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t。 (1)现有以下材质的小球,实验中应当选用　　　。  A.钢球　　　B.乒乓球　　　C.橡胶球 (2)用分度值为1 mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图所示,则h= 　 　cm。 A 61.20 (3)作出2h-t2图线,如图所示,则可得到重力加速度g=　　　　m/s2。  9.66 (4)有同学认为,小明在实验中未考虑木条厚度,用图像法计算的重力加速度g必然有偏差。请判断该观点是否正确,简要说明理由:   　。  不正确,没有测量木条的厚度,小球下落的实际高度均比测量高度多Δh,根据自由落体的规律:h+Δh=gt2,故2h=gt2-2Δh,在2h-t2图像中图线的斜率仍为当地重力加速度。 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境。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.情境拓展 (1)实验器材的改进及速度的测量方法 (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。 甲 乙 (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。 丙　频闪照相法 丁　滴水法 典例3　某小组同学利用如图甲所示的装置测量当地的重力加速度。在铁架台顶部装一电磁铁,中间装一可上下移动的光电门,左侧装一竖直刻度尺,刻度尺零刻度线与电磁铁下表面对齐;用电磁铁吸住一个质量为m的小钢球,调节电磁铁的位置,使小钢球释放后中心位置恰好能通过光电门,光电门可记录小钢球通过光电门的时间t。 (1)用游标卡尺测量小钢球的直径,测量结果如图乙所示,小钢球的直径d= 　　　　mm。 5.75 (2)将小钢球由静止释放,记录小钢球通过光电门的时间t和光电门对应刻度尺的刻度值x。多次改变光电门的位置,得到多组xn和tn的数据,该小组同学想通过图像求出重力加速度,为了让图线是直线,该小组同学以x为横坐标,纵坐标y应为　　　。  A.t　　　　 B.t2 C. D. D (3)按(2)中建立的坐标系描点并连线成如图丙所示的图线,则图线不过原点的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)若图丙中图线的斜率为k,则当地的重力加速度大小为　　　　(用题中已知或测得的物理量的符号表示)。  测量起点不是小钢球球心 对点演练　(2025镇江中学检测)物理实验课上,小明和小丽两位同学自主设计实验方案测当地的重力加速度,方案如下: 小明的方案: (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。 (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 小丽的方案: (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的时间t(光电门B竖直放置,与小球运动路径相互平行),注意:图中未画出光电门B所接计时器。 (4)用螺旋测微器测量铁球的直径,如图戊所示,则其直径为d=　　　 mm;  8.475 (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-h图像为过原点的直线,如图丁所示,其 斜率为k0,则g=　　　　　　(用题中所给字母表示)。  解析 (2)重物做匀加速直线运动,相等时间间隔内通过的位移越来越大,则打点间距越来越大,可知实验时纸带的右端应和重物相连接; 由图乙纸带数据,可得 x2=2.02 cm x7=3.94 cm 根据 x7-x2=5gT2 则有 g= m/s2=9.6 m/s2。 (4)螺旋测微器的精确值为0.01 mm,由图戊可知铁球的直径为 d=8 mm+47.5×0.01 mm=8.475 mm。　 (6)小球经过光电门的挡光时间很短,可认为挡光过程的平均速度等于小球经过光电门时的速度,则有v= 根据运动学公式2gh=v2 联立可得h 可知-h图像的斜率为k0= 解得g=。 $