第04讲 运动学实验（专项训练）（上海专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 以经典实验思想为根基，通过三级演练体系系统构建运动学实验方法，融合传感器应用与误差分析，实现从基础操作到创新探究的能力递进。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |模拟·基础演练|3题型（伽利略实验等）|伽利略实验合理外推法、传感器原理与操作规范|从经典实验思想（伽利略斜面）到现代传感器（位移/光电门）原理构建| |重难·创新演练|3题（相机连拍等）|实验数据论证方法、图像斜率分析技巧|传感器应用拓展至非传统场景（连拍/计时器），强化科学探究| |真题·实战演练|2题（高考/模考）|误差控制策略（挡光片宽度/间距）|聚焦高频考点（加速度测量），形成“原理-应用-误差”完整逻辑链|

第04讲 运动学实验 目录 模拟·基础演练 2 ⏳题型01 伽利略实验思想 2 ⏳题型02 位移传感器 3 ⏳题型03 光电门传感器 4 重难·创新演练 6 真题·实战演练 11 模拟·基础演练 考查重点：伽利略实验的方法、物理思想和结论，位移传感器和光电门传感器的原理和使用方法，以及实验数据处理和误差分析方法。 ⏳题型01 伽利略实验思想 1. 伽利略利用“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想是（　　） A．小球沿斜面运动时加速度较小，速度的测量比较容易 B．小球沿斜面运动时速度较小，位移的测量比较容易 C．测量小球沿斜面运动时位移与时间平方的比值，合理外推到90° D．测量小球沿斜面运动时速度平方与位移的比值，合理外推到90° 【答案】C 【解析】AB. 小球沿斜面运动时加速度较小，同一位移，所用时间较长，时间测量较容易，故AB错误； CD.“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想通过测量斜面上物体运动的情况，然后进行合理的外推，从而得出自由落体是匀变速直线运动，因而需要测量位移与时间平方的比值情况，合理外推到90°，故C正确，D错误。 2.（25-26高一上·上海·期中）为了验证“不同物体作自由落体运动时，它们的运动情况是完全相同的”，可以用如图所示的实验装置进行实验，在玻璃管中放有羽毛和金属片，要看到羽毛和金属片的下落情况完全相同，必须满足的条件是： （1）玻璃管中应______； （2）羽毛和金属片到达底端的顺序是______。 【答案】（1）抽成真空 （2）同时到达 【解析】（1）在玻璃管中放有羽毛和金属片，要看到羽毛和金属片的下落情况完全相同，两者质量不同但加速度要相同，则两者只能受到重力作用，所以玻璃管内应抽成真空。 （2）自由落体下落时间，羽毛和金属片的下落高度相同，所以羽毛和金属片到达底端的顺序是同时到达。 ⏳题型02 位移传感器 3．（25-26高一上·上海·阶段检测）该同学首先利用分体式位移传感器完成测量。其中，固定在小车上的是其___________部分，在图中截取合适的范围计算加速度的大小，为得到尽量准确的数值，应选取的最合适的范围是___________（用图中的字母表示）。 【答案】 发射器 AD 【详解】[1]分体式位移传感器由发射器和接收器组成，固定在小车上的是发射器部分，用于发射信号以测量位移； [2]匀变速直线运动的图像在加速阶段是抛物线的一段，从图中可见，A 到 D 段的图像呈抛物线增长趋势，反映小车的匀加速运动规律；而 E 点后图像变化异常，不适合用于计算加速度。因此，最合适的范围是AD。 4．（25-26高一上·上海·期末）采用分体式位移传感器测量时，实验装置如图（a）所示。位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量，绘制出小车的图线，如图（b）所示。 （1）安装在小车上的是（ ） A．位移接收器        B．位移发射器        C．光电门        D．数据采集器 （2）根据获得的图线可知，两个传感器在相互（ ） A．靠近        B．远离        C．旋转 （3）（论证）根据实验数据，论证之间，小车的运动是否为匀加速直线运动。 【答案】（1）B （2）A （3）见解析 【详解】（1）[1]为了测量物体运动的位移，应将位移传感器的发射器装在小车上。 故选B。 （2）[2]根据获得的图线可知，位移逐渐减小，所以两个传感器在相互靠近。 故选A。 （3）[3]根据实验数据，5个点的位置分别为，，，， 则有，，， 可得相同时间内相邻位移差为 可知相同时间内相邻位移差恒定不变，所以小车的运动是匀加速直线运动。 ⏳题型03 光电门传感器 5. 在“用DlS 实验测瞬时速度”的实验中，其装置如图所示。在小车上固定挡光片（宽度为Δs），在倾斜导轨的A处放置________传感器，让小车从P点静止下滑，利用传感器记录下挡光片经过A点所经历的时间Δt，则小车经过 A 点时的速度为________。换用不同宽度的挡光片，挡光的宽度越________（选填“窄”或“宽”），越接近小车到达A点时的瞬时速度，本实验体现了________思想方法。 【答案】 ①. 光电 ②. ③. 窄 ④. 极限 【详解】[1][2]在“用DlS 实验测瞬时速度”的实验中，在小车上固定挡光片，在倾斜导轨的A处放置光电传感器，让小车从P点静止下滑，利用传感器记录下挡光片经过A点所经历的时间Δt，则小车经过 A 点时的速度为 [3][4]换用不同宽度的挡光片，挡光的宽度越窄，越接近小车到达A点时的瞬时速度，本实验体现了极限思想方法。 6．（24-25高一上·上海浦东新·期中）一端带有滑轮的光滑长木板固定放置，1、2是两个固定的光电门传感器，两光电门中心间的距离为L。小车A上固定一宽度为d的挡光片，在重物B的牵引下，小车从木板的左端开始向右加速运动。 （1）实验中，光电门1、2记录的挡光时间分别为和，则小车经过光电门1时的速度为 ，小车加速度的大小为 。 （2）在上述实验中，计算加速度时以挡光片经过光电门时的平均速度替代了瞬时速度，采用这种方法，加速度的测量值比真实值 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1) (2)大 【详解】（1）[1]小车经过光电门1时的速度为 [2]小车通过光电门2的瞬时速度为 根据位移速度公式有 解得 （2）根据运动学公式可得 解得加速度的测量值为 实际上、是挡光过程中间时刻的速度，不是挡光过程位移中点的速度，而等于两挡光过程位移中点的距离，不是两挡光过程中间时刻对应位置的距离；设某一挡光过程的初速度为，末速度为，挡光过程的中间时刻速度为 挡光过程的位移中点速度为 从挡光过程的中间时刻到位移中点通过的距离为 由于小车做加速运动，则小车经过光电门1的挡光时间大于经过光电门2的挡光时间， 则有，则两挡光过程中间时刻对应位置的距离为 则有 可得 可知加速度的测量值比真实值大。 重难·创新演练 设题创新：以利用DIS测量瞬时速度和加速度为基础，综合不同的应用场景，在创新实验中考查灵活运动的实验思想和分析问题的方法。 1．（25-26高一上·上海·阶段检测）利用相机的连拍功能，结合拍摄过程的曝光时间，也可以获得运动残影来研究物体的运动。现定义：“曝光时间”为每次快门开启、相机进行拍摄的时间；“曝光间隔时间”为相邻两次快门执行“开启操作”的时间间隔，示意图如图所示。 某同学使一个小球从某砖墙前自由落下的同时开始连拍，得到如图所示的照片（图中1、2、3……是由于小球的运动而在照片上留下的模糊径迹）。测得每块砖的平均厚度为，以此推算每个径迹的实际长度。 （1）他为了验证小球下落过程是否可视为自由落体运动，他重新将曝光时间调节为，曝光间隔时间设定为，测量两条相邻的径迹长度为和，设重力加速度为，若满足条件：___________，说明小球下落可视为自由落体运动。 （2）通过验证，小球下落可视为自由落体运动，取。该同学通过照片，推算出第9条径迹的长度为，从下落点到第9条径迹上端共有16层砖的厚度，则相机最初连拍过程，单次曝光时间为______s；他又推算出第3条径迹的长度为，则曝光间隔时间为________s（均保留1位有效数字）。 【答案】（1） （2）0.02 0.05 【详解】（1）设第一个曝光时间T内的初速度为v0；根据运动学公式， 第一个曝光时间T内的位移 第二次曝光的初速度v=v0+g×2T=v0+2gT 第二次曝光时间T内的位移 因此x2-x1=2gT2 解得重力加速度 （2）[1]第9条经迹的长度为，其对应曝光时间内的自由落体位移；从下落点到第9条径迹上端共有16层砖，每块砖厚，因此上端到下落点的距离 经迹下端到下落点的距离为 根据自由落体的位移公式有 解得上端时间为 由 可得下端时间为 则曝光时间为 [2]第3条经迹长度为；设第3条径迹上端到下落点的距离为，则下端距离为； 由自由落体公式， 又因为第9条经迹上端时间，且第3条到第9条之间有6个曝光间隔时间，即 第三条经迹对应位移为 即 由于曝光时间很短，有，可近似认为，且 带入解得 联立解得 2．光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。现有一辆小车通过光电门，计时器显示的挡光时间是，用最小刻度为1mm的刻度尺测量小车上挡光片的宽度d，示数如图所示。 （1）读出挡光片的宽度 cm，小车通过光电门时的速度 m/s； （2）当小车相继通过相距16cm的两个光电门时，用时，两个光电计时器上记录下的读数分别是和，则小车在这段距离中的平均加速度为 m/s2。 【答案】 1.20 0.6 2 【详解】（1）[1]刻度尺的读数要在准确刻度1mm的基础上向下一位估读，所以挡光板左侧读数为：0.50cm，右侧读数：1.70cm，所以挡光片的宽度 [2]由速度的定义式 （2）[3]小车第二次通过光电门时的速度 当小车相继通过相距16cm的两个光电门时，用时，则 3.（25-26高一上·上海闵行·期末）如图（a）为“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验装置。光电门传感器固定在导轨上，使固定有挡光片的小车沿倾斜导轨由静止下滑。 （1）若某次实验测得的挡光时间为，挡光片宽度为，则本实验需要测量的“挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度”的大小可近似为___________； （2）如图（b）所示为小车沿导轨运动的图像，是挡光开始时刻，是挡光结束时刻，其中虚线为经过点的切线，虚线为经过两点的割线。则图中___________（选涂：“A．”、“B．”）线的斜率可准确表达光电门传感器实际测量得到的速度大小。实验中，为何挡光片越窄，实验误差越小？请说明理由：___________。 （3）若实验测得的速度为，只需要再测量即可得到小车运动的加速度，是___________（选涂：“A．小车前端到光电门的距离”、“B．小车上挡光片前缘到光电门的距离”）。 【答案】（1） （2） B 见解析 （3）B 【详解】（1）由于挡光时间极短，在极短时间内的平均速度可近似等于瞬时速度，为 （2）[1]平均速度指的是某段时间内位移与时间的比值，所以图像中光电门传感器测得的平均速度应该是图像上、两点的连线所在割线的斜率可准确表达光电门传感器实际测量得到的速度大小。 故选B。 [2]当挡光片越窄，挡光时间越短，根据平均速度近似瞬时速度的原理，此时用平均速度近似代替瞬时速度，误差就越小。 （3）根据求加速度，应该是小车挡光片前缘到光电门的距离，因为是挡光片前缘经过光电门时的速度。故选B。 真题·实战演练 高频考点：位移传感器和光电门传感器测量加速度以及误差分析。 1．（上海高考）如图，为测量作匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。 (1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间△t1和△t2，则小车加速度a= 。 (2)(多选题)为减小实验误差，可采取的方法是 ( ) A.增大两挡光片宽度b B.减小两挡光片宽度b C.增大两挡光片间距d D.减小两挡光片间距d 【答案】(1) (2)BC 2．（2025·河北一模）如图乙所示，某实验小组利用位移传感器（发射器）和与之相连的计算机来研究小车做匀变速直线运动的相关规律。小车开始运动后每隔0.1s记录下小车到出发点的距离，数据如表所示。 序号 0 1 2 3 4 5 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x/cm 0 6.60 14.60 24.00 34.90 47.30 — 66.0 73.0 87.3 94.6 ①完成表格中第3组数据，填在表中。 ②计算机记录第2组位移时小车的瞬时速度大小是________（结果保留三位有效数字）。 ③根据表中数据，实验小组绘制出图像如图丙所示。 ④从实验结果可知，小车运动的图线可视为一条直线，由图线得小车运动的加速度大小a=________m/s²（结果保留三位有效数字）。 【答案】 80.0 87.0 1.40（1.39~1.41） 【详解】[1]由平均速度定义可知第三组数据为 [2]根据中间时刻的速度等于平均速度可知计算机记录第2组位移时小车的瞬时速度大小为 [3]由匀变速直线运动公式有 变形有 故图像的斜率为 由图像可求得小车运动的加速度大小为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 运动学实验 目录 模拟·基础演练 2 ⏳题型01 伽利略实验思想 2 ⏳题型02 位移传感器 3 ⏳题型03 光电门传感器 4 重难·创新演练 6 真题·实战演练 11 模拟·基础演练 考查重点：伽利略实验的方法、物理思想和结论，位移传感器和光电门传感器的原理和使用方法，以及实验数据处理和误差分析方法。 ⏳题型01 伽利略实验思想 1. 伽利略利用“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想是（　　） A．小球沿斜面运动时加速度较小，速度的测量比较容易 B．小球沿斜面运动时速度较小，位移的测量比较容易 C．测量小球沿斜面运动时位移与时间平方的比值，合理外推到90° D．测量小球沿斜面运动时速度平方与位移的比值，合理外推到90° 2.（25-26高一上·上海·期中）为了验证“不同物体作自由落体运动时，它们的运动情况是完全相同的”，可以用如图所示的实验装置进行实验，在玻璃管中放有羽毛和金属片，要看到羽毛和金属片的下落情况完全相同，必须满足的条件是： （1）玻璃管中应______； （2）羽毛和金属片到达底端的顺序是______。 ⏳题型02 位移传感器 3．（25-26高一上·上海·阶段检测）该同学首先利用分体式位移传感器完成测量。其中，固定在小车上的是其___________部分，在图中截取合适的范围计算加速度的大小，为得到尽量准确的数值，应选取的最合适的范围是___________（用图中的字母表示）。 4．（25-26高一上·上海·期末）采用分体式位移传感器测量时，实验装置如图（a）所示。位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量，绘制出小车的图线，如图（b）所示。 （1）安装在小车上的是（ ） A．位移接收器        B．位移发射器        C．光电门        D．数据采集器 （2）根据获得的图线可知，两个传感器在相互（ ） A．靠近        B．远离        C．旋转 （3）（论证）根据实验数据，论证之间，小车的运动是否为匀加速直线运动。 ⏳题型03 光电门传感器 5. 在“用DlS 实验测瞬时速度”的实验中，其装置如图所示。在小车上固定挡光片（宽度为Δs），在倾斜导轨的A处放置________传感器，让小车从P点静止下滑，利用传感器记录下挡光片经过A点所经历的时间Δt，则小车经过 A 点时的速度为________。换用不同宽度的挡光片，挡光的宽度越________（选填“窄”或“宽”），越接近小车到达A点时的瞬时速度，本实验体现了________思想方法。 6．（24-25高一上·上海浦东新·期中）一端带有滑轮的光滑长木板固定放置，1、2是两个固定的光电门传感器，两光电门中心间的距离为L。小车A上固定一宽度为d的挡光片，在重物B的牵引下，小车从木板的左端开始向右加速运动。 （1）实验中，光电门1、2记录的挡光时间分别为和，则小车经过光电门1时的速度为 ，小车加速度的大小为 。 （2）在上述实验中，计算加速度时以挡光片经过光电门时的平均速度替代了瞬时速度，采用这种方法，加速度的测量值比真实值 （选填“大”或“小”）。 重难·创新演练 设题创新：以利用DIS测量瞬时速度和加速度为基础，综合不同的应用场景，在创新实验中考查灵活运动的实验思想和分析问题的方法。 1．（25-26高一上·上海·阶段检测）利用相机的连拍功能，结合拍摄过程的曝光时间，也可以获得运动残影来研究物体的运动。现定义：“曝光时间”为每次快门开启、相机进行拍摄的时间；“曝光间隔时间”为相邻两次快门执行“开启操作”的时间间隔，示意图如图所示。 某同学使一个小球从某砖墙前自由落下的同时开始连拍，得到如图所示的照片（图中1、2、3……是由于小球的运动而在照片上留下的模糊径迹）。测得每块砖的平均厚度为，以此推算每个径迹的实际长度。 （1）他为了验证小球下落过程是否可视为自由落体运动，他重新将曝光时间调节为，曝光间隔时间设定为，测量两条相邻的径迹长度为和，设重力加速度为，若满足条件：___________，说明小球下落可视为自由落体运动。 （2）通过验证，小球下落可视为自由落体运动，取。该同学通过照片，推算出第9条径迹的长度为，从下落点到第9条径迹上端共有16层砖的厚度，则相机最初连拍过程，单次曝光时间为______s；他又推算出第3条径迹的长度为，则曝光间隔时间为________s（均保留1位有效数字）。 2．光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。现有一辆小车通过光电门，计时器显示的挡光时间是，用最小刻度为1mm的刻度尺测量小车上挡光片的宽度d，示数如图所示。 （1）读出挡光片的宽度 cm，小车通过光电门时的速度 m/s； （2）当小车相继通过相距16cm的两个光电门时，用时，两个光电计时器上记录下的读数分别是和，则小车在这段距离中的平均加速度为 m/s2。 3.（25-26高一上·上海闵行·期末）如图（a）为“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验装置。光电门传感器固定在导轨上，使固定有挡光片的小车沿倾斜导轨由静止下滑。 （1）若某次实验测得的挡光时间为，挡光片宽度为，则本实验需要测量的“挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度”的大小可近似为___________； （2）如图（b）所示为小车沿导轨运动的图像，是挡光开始时刻，是挡光结束时刻，其中虚线为经过点的切线，虚线为经过两点的割线。则图中___________（选涂：“A．”、“B．”）线的斜率可准确表达光电门传感器实际测量得到的速度大小。实验中，为何挡光片越窄，实验误差越小？请说明理由：___________。 （3）若实验测得的速度为，只需要再测量即可得到小车运动的加速度，是___________（选涂：“A．小车前端到光电门的距离”、“B．小车上挡光片前缘到光电门的距离”）。 真题·实战演练 高频考点：位移传感器和光电门传感器测量加速度以及误差分析。 1．（上海高考）如图，为测量作匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。 (1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间△t1和△t2，则小车加速度a= 。 (2)(多选题)为减小实验误差，可采取的方法是 ( ) A.增大两挡光片宽度b B.减小两挡光片宽度b C.增大两挡光片间距d D.减小两挡光片间距d 2．（2025·河北一模）如图乙所示，某实验小组利用位移传感器（发射器）和与之相连的计算机来研究小车做匀变速直线运动的相关规律。小车开始运动后每隔0.1s记录下小车到出发点的距离，数据如表所示。 序号 0 1 2 3 4 5 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x/cm 0 6.60 14.60 24.00 34.90 47.30 — 66.0 73.0 87.3 94.6 ①完成表格中第3组数据，填在表中。 ②计算机记录第2组位移时小车的瞬时速度大小是________（结果保留三位有效数字）。 ③根据表中数据，实验小组绘制出图像如图丙所示。 ④从实验结果可知，小车运动的图线可视为一条直线，由图线得小车运动的加速度大小a=________m/s²（结果保留三位有效数字）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $