1.5 实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件 -2027届高三物理一轮复习

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、纸带数据处理、图像分析等核心考点，明确教材原型实验与探索创新实验的考查权重，归纳出速度计算、加速度求解、误差分析等常考题型。 课件亮点在于“实验技能+真题突破+创新应用”的三维备考策略，以2023全国甲卷真题为例，详解平均速度计算与v-t图像分析，通过逐差法、图像斜率法培养学生科学思维与科学探究素养。特设“误差分析锦囊”和“创新实验模型”，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第1章 直线运动 第5节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 1 考点一 教材原型实验 考点二 探索创新实验 2 实验技能储备 一、打点计时器 1.作用：计时仪器，当所用交变电源的频率时，每隔_____ 打一次点。 2.结构 （1）电磁打点计时器（如图） 0.02 3 （2）电火花计时器（如图） 电磁打点计时器：____交变电源 电火花计时器：______交变电源 3.工作条件： 4 二、实验：探究小车速度随时间变化的规律 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 交变 5 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。 无滑轮 接通电源 放开小车 6 3.数据处理 （1）求小车的速度与加速度 ①利用平均速度求瞬时速度：<m></m>。 ②利用逐差法求解平均加速度 ，， ， 则 ③利用速度-时间图像求加速度 .作出速度-时间图像，通过图像的斜率求解小车的加速度； .剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。 7 （2）依据纸带判断小车是否做匀变速直线运动 ①、、、…、 是相邻两计数点间的距离。 ②是两个连续相等的时间内的位移差：，， 。 ③若等于恒量 ，则说明小车做匀变速直线运动。 ④ ，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。 8 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<m></m>的纸带上清楚地取出<m></m>个计数点为宜。 （5）小车从靠近打点计时器位置释放。 9 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。 10 考点一 教材原型实验 11 【视角1】　纸带数据处理与有效数字 例1 一辆小车上装有一个滴墨水的容器，每分钟滴出120滴墨水。重物通过滑轮用细绳牵引小车向右做匀加速直线运动，结果在水平桌面上留下一串墨滴，如图所示，测出AB=0.11 m，BC=0.15 m，CD=0.19 m，不计空气阻力。(计算结果均保留两位小数) 请回答下列问题: 12 (1)B、C墨滴刚滴下时小车的速度分别是　　　　m/s、　　　　m/s；(结果均保留2位有效数字)  0.26 0.34 [解析]每分钟滴出120滴墨水，则时间间隔为t==0.5 s，小车在B点的瞬时速度为vB= m/s=0.26 m/s，小车在C点的瞬时速度为vC= m/s=0.34 m/s。 (2)小车运动的加速度为　　　　m/s2；  0.16 [解析]加速度为a==0.16 m/s2。 13 (3)墨水刚离开容器的位置距离桌面有一定的高度，这一因素会导致速度的测量值　　　　、加速度的测量值　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏大 不变 [解析]考虑墨滴在空中做平抛运动，相邻两滴墨水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，但相邻两段位移之差不变，所以加速度的测量值不受上述因素的影响，即加速度不变。 14 【视角2】 图像分析 例2 (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。 15 24.00 80.00 位移区间 AB AC AD AE AF 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 66.0 73.0 87.3 94.6 [解析] 表中ΔxAD=6.60 cm+8.00 cm+9.40 cm=24.00 cm；小车从A运动到D的时间为Δt=3×0.1 s=0.3 s，=80.00 cm/s。 (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BCDEF各点时小车的位移Δx填到表中。小车发生位移所用时间和平均速度分别为Δt和，表中ΔxAD=　　　cm，=　　　cm/s。  16 [答案] 见解析 (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。请在图中补全实验点。 17 [解析]将对应的数据点(0.3 s，80 cm/s)画在小车平均速度随时间的变化关系图像中。 18 68.0 59.0 (3)从实验结果可知，小车运动的-Δt图线可以视为一条直线，此直线方程用=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]过尽可能多的点作出直线，如图，此直线方程为 = b+kΔt，其图像斜率k = 68.0 cm/s2，在纵轴上的截距b = 59.0 cm/s。 19 (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]由x = vAΔt+a，可得 = vA+aΔt，即 = vA+aΔt，所以打出A点时速度大小vA = b，由a = k可得小车的加速度a = 2k。 20 考点二 探索创新实验 21 1.实验器材的改进及速度的测量方法（如图） 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。 23 【视角1】 实验方案的创新 例1 一种新的短途代步工具——电动平衡车，被称为站着骑的电动车。某同学为了探究该车在平直水泥路面上的运动情况，设计了如下实验:将输液用的塑料瓶装适量水后，连同输液管一起绑在平衡车的扶手上，调节输液管的滴水速度。某滴水刚落地开始计时，从下一滴水落地依次计数为1、2、3……，当滴50滴水刚好落地时停止开始计时，测得时间为25.0 s。该同学骑上平衡车后，先加速到某一速度，然后关闭动力，让平衡车沿着直线滑行。如图所示是某次实验中在水泥路面上的部分水滴及测出的间距值(左侧是起点，单位:m)，当地重力加速度g = 10 m/s2，根据该同学的测量结果可得出: 24 (1)平衡车加速过程的加速度大小a =　　　 m/s2，运动到C点的速度大小 v =　　　 m/s；(结果均保留三位有效数字)  2.07 3.53 [解析] 滴水时间间隔为T = s = 0.5 s，平衡车加速过程的加速度大小a = m/s2 = 2.07 m/s2。运动到C点的速度大小vC = m/s = 3.53 m/s。 25 (2)平衡车减速过程的加速度为　　　　；(结果保留两位有效数字)  0.49 [解析] 平衡车减速过程的加速度为a1 = m/s2 = 0.49 m/s2。 (3)通过分析路面上水滴间距的变化情况，可知平衡车从哪段开始关闭动力　　　。  B A.段 B.段 C.段 D. 段 [解析] 根据测量结果Δx1 = 1.51 m-0.99 m = 0.52 m，Δx2 = 2.02 m-1.51 m = 0.51 m，Δx3 = 2.55 m-2.02 m = 0.53 m，Δx4 = 2.36 m-2.24 m = 0.12 m，Δx5 = 2.24 m-2.11 m = 0.13 m，Δx6 = 2.11 m-2.00 m = 0.11 m，由此可见，车在AE段做匀加速运动，在FJ段做匀减速运动，所以在EF段关闭动力。 26 (4)若该同学把题中的50滴记成了51滴，那么测出的加速度将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏大 [解析] 若该同学把题中的50滴记成了51滴，滴水时间间隔偏小，那么测出的加速度将偏大。 27 【视角2】　实验目的的创新 例2 某实验小组计划利用物体做自由落体运动来测量当地的重力加速度。小明找到一把特殊的工件，工件的镂空部分为若干个大小相同的正方形，两个相邻正方形间有大小相同的“梁”，两相邻镂空正方形的上边界之间的间距为h(已测量出h的平均值为10.0 cm)，实验小组用如图甲所示的装置进行实验，过程如下: 28 (1)用游标卡尺测量两个相邻镂空正方形之间“梁”的宽度d，示数如图乙所示，宽度d =　 mm。  5.1 [解析] 图示读数为d = 5 mm+×1 = 5.1 mm。 (2)固定光电门的位置，在光电门的正上方某高度处竖直悬挂工件，静止释放工件，工件保持竖直状态完全通过光电门。 (3)测量时，先接通数字计时器，后释放工件。数字计时器记录下工件上每一条“梁”通过光电门的遮光时间，其中第一条“梁”遮光时间为0.002 5 s。 29 (4)计算第一条“梁”通过光电门的速度v =　 　m/s(计算结果保留三位有效数字)，同理可得到第n条“梁”通过光电门的速度。  2.04 [解析]第一条梁通过光电门的速度为v = = 2.04 m/s。 30 (5)以每条“梁”通过光电门的速度平方v2为纵坐标，n为横坐标，将数据输入计算机Excel表格中进行直线拟合得到如图丙所示的图像，O点的坐标为(1，4.161 6)，计算机显示直线的斜率k = 1.95，可得当地的重力加速度g =　 　m/s2(计算结果保留三位有效数字)。  9.75 [解析]设工件下边缘与光电门中心的距离为L，当第一条梁通过光电门时，有h = 0， = 2gL，由图丙可知 = b，当第二条梁通过光电门时，有 = 2g(L+h) = 2gh+b，当第三条梁通过光电门时，有 = 2g(L+2h) = 2g×2h+b，以此类推，当第n条梁通过光电门时，有 = 2ghn+b-2gh，所以v2-n图像的斜率为k = 2gh，则重力加速度为g = = 9.75 m/s2。 31 $