第1章 第5课时实验一：探究小车速度随时间变化的规律-【创新大课堂】2027年高三物理一轮总复习

第一章运动的描述匀变速直线运动的研究 第5课时 实验一：探究小车速度随时间变化的规律 【目标要求】1.了解物理实验中的误差，学会减小实验误差。2.会正确使用打点计时器，学会利用纸带 上的点迹求物体的速度和加速度。3.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。 考点一 误差和有效数字 1.误差的定义：误差是实验测量值（包括直接和间： (2)从分析数据的观点看，误差分为绝对误差和 接测量值)与真实值（客观存在的准确值）之差。 相对误差。 2.误差分类 ①绝对误差是测量值与真实值之差的绝对值。 系统误差 偶然误差 在直接用仪器测量某一物理量时，提高测量仪器 (1)实验原理不完善 由于各种偶然因素对 的精度是减小绝对误差的主要方法。 主要 ②相对误差等于绝对误差△x与真实值xo之比， 来源 (2)实验仪器不精确 实验者和实验仪器的 (3)实验方法粗略 影响而产生的 般用百分数表示，7=A×100%,它反映了实 对测量结果的影响具 基本 实验结果有时偏大， 验结果的准确程度。 有相同的倾向性，即 有时偏小，并且偏大 特点 ③绝对误差只能判别一个测量结果的精确度，比 总是偏小或总是偏大 和偏小的概率相同 较两个测量值的准确度则必须用相对误差。 完善实验原理，提高 3.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字。 多进行几次测量，求 减小 实验仪器的准确程 (1)有效数字的最后一位是测量者估读出来的， 出几次测量的数值的 方法 度，设计更科学的实 是偶然误差的来源。 平均值 验方法 (2)有效数字的位数：在一个数中，自左向右，从 (1)对误差的分析首先应分清是系统误差还是偶 第一个不为零的数字起，到右边最末一位数字止 然误差，系统误差对多次测量值的影响可能是相 (包括末位数为零的数字)，共有几个数字，就是 同的，偶然误差对多次测量值的影响是不同的。 几位有效数字。 考点二 实验：探究小车速度随时间变化的规律 一、打点计时器 (2)电火花计时器（如图） 1.作用：计时仪器，当所用交流电源的频率∫=50Hz 正脉冲输出 负脉冲输出 插座（红色） 插座（黑色） 时，每隔 s打一次点。 墨粉 脉冲输 67 纸盘了纸盘轴 2.结构 出开关 压纸条 弹性片 (1)电磁打点计时器（如图） 纸带 接电源 电源插头 线圈 振片 (电磁打点计时器： 3.工作条件：{电火花计时器。 交流电源 交流电源 振针 二、实验：探究小车速度随时间变化的规律 1.实验器材 永久磁体 电火花计时器（或电磁打点计时器）、一端附有滑 复写纸 纸带 限位孔 轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、 、导 ! 线、 电源。 15 精品教辅·智慧人生 高三总复习·物理 2.实验过程 接电源打点 小车 (1)按照实验装置，把打点计时器固定在长木板 eg计时器 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 : 长木板纸带 钩码 合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车 ; 甲 后面； (1)下列实验要求或操作，正确的有 (填 (3)把小车停在靠近打点计时器处，先 正确答案标号)。 后 A.必须使用交流电源 (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； B.钩码质量必须远小于小车质量 (5)更换纸带重复实验三次，选择一条比较理想 C必须倾斜长木板以平衡小车所受到的阻力 的纸带进行测量、分析。 D.小车应靠近打点计时器释放 E.先接通电源，再释放小车 3.数据处理 (2)图乙是某次实验中一条纸带上截取的一段，在 如图，思考：①如何求小车经过B点时的速度？ 连续打出的点上依次标记a、b、c、d四个点，则c点 ②如何求小车的加速度？ 的读数为 cm。已知打点计时器每隔0.02s ③如何判断小车做匀变速直线运动？ 打一个点，则在打下c点时，小车的瞬时速度为 m/s(计算结果保留3位有效数字)。 nnnt 2m23456789101213451617 (3)另一位同学更换重物后，用下述方法计算小 车运动的加速度.在纸带上依次取O、A、B、C、D、 E、F若干个计数点，每两个计数点间还有4个点 未画出，如图丙所示。相邻两计数点间的距离分 别是OA=7.05cm、AB=7.68cm、BC=8.31cm、 CD=8.95cm、DE=9.57cm、EF=10.20cm.则 小车的加速度a m/s2(保留3位有 4.注意事项 效数字)。 (1)平行：纸带、细绳要与长木板平行。 OA B (2)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运 丙 动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带。 听课记录] (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 50cm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。 5.误差分析 三、探究创新实验 (1)纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起：1.实验装置的创新 误差。 用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器、手机 (2)计数点间距离的测量有偶然误差。 录像代替打点计时器。 (3)作图有误差。 通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木 [例1](2026·广东广州模拟)如图甲所示的实验 板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车 装置“测量小车做直线运动的瞬时速度”，完成下： 加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运 列相关内容： 动，以提高实验的精确度。 精品教辅·智慧人生 16 第一章运动的描述匀变速直线运动的研究 2.实验处理的创新 (1)电火花计时器的工作电压为 (选填 通过图像处理数据时，先写出横纵坐标轴物理量 “8V”或“220V”)。安装纸带时，需要将纸带置 之间的函数表达式，由图像中的斜率、截距来确 于 (选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的 定与初速度、加速度等物理量。 (选填“上方”或“下方”)。 [例2](2026·宁夏固原市开 刻度尺 下落中的 小球 (2)下列说法中正确的是 学考)小明同学在家自主开 手村 A.实验时，先释放纸带，再接通电源 展实验探究。用手机拍摄物 B.实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带 体自由下落的视频，得到分 C.实验时，先接通电源或先释放纸带都可以 帧图片，利用图片中小球的 位置来测量当地的重力加速 D.纸带上打点越密集说明纸带运动速度越大 度，实验装置如图甲所示。 (3)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数 (1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适 点如图乙所示（每相邻两个计数点间还有4个 合用作实验中下落物体的是 点，图中未画出)。x1=3.59cm,x2=4.41cm, (2)下列主要操作步骤的正确顺序是 x3=5.19cm,x4=5.97cm,x5=6.78cm,x6= (填写各步骤前的序号) 7.64cm.则小车的加速度a=m/s2(要求充 ①把刻度尺竖直固定在墙上 分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小 ②捏住小球，从刻度尺旁静止释放 车的速度vB= m/s。(结果均保留两位 ③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置 有效数字) ④打开手机摄像功能，开始摄像 (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 邻两顿之间的时间间隔为亏s,刻度尺的分度值是 1mm,由此测得重力加速度为 m/s2, (4)第2个实验小组计算出所得c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-1图像，并根 据图像计算出小车运动的加速度a= m/s2。(结果保留三位有效数字) ↑u/ms) (4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动， 1. 视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视 1.0日 频中截取图片， (填“仍能”或“不能”)用 0.8 (3)问中的方法测出重力加速度。 0.6 [听课记录】 0.4 02 0.10.20.30.40.50.6ti 听课记录] [例3]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50Hz的交变电源。 长木板小车纸带】 接电源 细线 一打点 宁计时器 钩码 温馨提示 请做课时分层检测（五） 17 精品教辅·智慧人生x3=vI-- 2al,x=v1- :3.解析(1)当两车速度相等时，两车的距离最大，：③△x是两个连续相等的时间内的位移差：△x1一 设经过时间t1两车速度相等，则有4=砂一a山1！ 2一x1,△x2=x3一x2,… 又x3一x,=L 得t1=6s 若△x等于恒量(aT),则说明小车做匀变速直 联立以上各式解得a=2.75m/s 在时间内A车位移为x1=01t1=48m 线运动。 即甲车刹车的加速度大小至少为2.75m/s。 :「例1]解析(1)根据打点计时器的工作原理 答案(1)3s(2)2.75m/s B车位移为x=4一之a1,=84m 可知实验装置需要使用交流电源，故A正确： 考点二 则两者相距的最远的距离为△x=x2十x,一x1一 在“测量小车做直线运动的瞬时速度”的实验中 56m [例3解析由x=什2a,得=西十 不需要平衡摩擦力，也不需要考虑绳上的拉力 (2)设经过时间t2,B车停下来，则有0一 是否近似等于重力，所以不需要钩码质量远小 2a,由图像可知，甲车初速度6=2m/s,由 2-at2 于小车质量，故B、C错误；为了能多打出一些 得=10s 点便于数据处理，小车释放前应靠近打点计时 2 2a=1 m/s2得a=1m/s2,所以甲车做初速i 此过程中A车和B车的位移分别为 器，故D正确：实验中应先接通电源，再释放小 x1=1t2=80m 度为=2m/s,加速度为a=1m/s的匀加速 车，故E正确。 1 直线运动，乙车做v=4m/s的匀速直线运动，！ x2'=2t2- a,-100m (2)根据刻度尺的读数规则，应估读到最小分度 故B错误；由v=十at得共速时f=2s,此时： 此时2’十xo>x 值的下一位，故c点的读数为7.4cm。近似取 ,=6=6m,2==8m,A= 相邻两计数，点间的平均速度代替该时间中点的 说明A车还没追上B车，设再经过时间才追， 上，则有x2’十x0一'=t3得t3=5s,所以A 瞬时速度，距离越小时瞬时速度测量越准确，即 xw=2m1,则共速前乙车已追上甲，整个过{ 车追上B车所用的时间为t=t2十3=15s。 在打下c点时，小车的瞬时速度为 程中两车可相遇两次，甲、乙两车之间的距离先： 答案(1)56m(2)15s 减小后增加，再减小再增加，故A错误；，时刻4，解析 =7-8.7282X03m-0.625m/s. 2×0.02s (1)假设两车某时刻相撞，如图所示. (3)计数点间有4个点未画出，则相邻计数点间 二者平均速度相等，则有v=西十十a,得 甲车 乙车 2 的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s M6Lo n to=4s,此时w=6十at=2m/s+1X4m/s=} A 由逐差法知 6m/s,不等于乙车的速度，故C错误：0~t。,甲 甲车乙车 a=（xn十ne十B）-（A十xAB十Z）_ 车的平均速度为可==4m/s,故D 9T M 606 N 2 x乙 0.630m/s2 L 正确。 答案(1)ADE(2)7.40.625(3)0.630 X甲 答案D :[例2]解析(1)小钢球受到的空气阻力相比 [例4]解析在0一3s内A车做匀减速运动，1 应满足时间关系甲一tz十。十 其重力很小，可近似认为做自由落体运动，故远 位移关系x甲=x元十x0一L A车减速到索所需时间=欢=35，故在一 小钢球。 甲车在。十4=6s时间内的位移为 A (2)安装好器材后，先固定手机调好镜头位置， 3S时A车减速到零，A车前进的位移为xA一 xp1=2a1(4。十4)2=45m<z-L=85m 再打开手机摄像功能进行极像，再由静止释放 之A=45m,B车前选的位移为=贴A=90m, 此时尚未撞上乙车，若此后再经时间与乙车 小球，故顺序是①③④②。 (3)由题图读得1-2.50cm,x2=26.50cm, t=3s时两车间距离为△x=d十xA一g 相拉，则有2a1(t什，十4)2=2a:+x。-L x-77.20cm, 55m,故A错误：由题图可知在3~9s内A车！ 代入数据解得t=4s(另一解舍去)，即再经过！ 的加速度为aA2=5m/s2,在v-t图像中，图像 1=4 s 由(x-)-(-)=gT,T=言s 的斜率表示加速度，则g三三一5m/⑧，故 甲、乙两车会相撞】 解得g≈9.6m/s。 (2)若经过时间2，两车速度相等，且此时两车} (4)释放时手晃动，导致小球的运动偏离了竖直 A、B两车的加速度大小相等，故B错误：=3s 恰好不相撞，以后两车不会相撞，此种情况下乙！ 方向，但在小球下落过程中，小球竖直分运动仍 后，A车开始由静止做匀加速运动，B车开始做 车加速度设为a,则有 然是加速度为重力加速度g的运动，故仍能用 匀减速运动，3~9s的过程中，设经历时间t两： at2=ag (12-to-) (3)问的方法测出重力加速度。 者速度相同，则U供=aA2t=十agt,解得t= 答案(1)小钢球(2)①③④② 3s,v#=15m/s,A车在t=3s内前进的位移 2a122=2a,(42-4。-41)2十x。-L (3)9.6(9.5、9.7均可)(4)仍能 为=宁=2.5m,B车前进的位移为 85 解得a,=16 m/s2=5.3m/s :[例3](1)220V墨粉纸盘下方(2)B (3)0.800.40(4)如图所示1.53(1.52、 生1=67.5m,故此时两车相距的最小距 即要使两车不相撞，乙车运动的加速度至少为： 1.54均可) 2 5.3m/s. ↑/ms) 离为△xin=△x十工一x2=10m,此后A车的： 答案(1)会见解析(2)5.3m/s2 12 速度大于B车的速度，两者间的距离开始增大， 第5课时实验一：探究小车速度随 1.0 故不可能相遇，故C正确，D错误。 时间变化的规律 答案C 0.8 跟踪训练 :考点二 0.6 1.AD[由x-t图像知甲做匀减速直线运动，乙： 微匀速直线运动，故A正确，B错误；第4s末，10.02 0.4 甲，乙的位置相同，前4s内二者位移相同，图3.8V左有220V 0.2日 0 线的斜率不同，即二者的速度不相等，故C错 0.10.20.30.40.50.6i1s 误，D正确。门 1.刻度尺交流 2.D[由题图乙可知轿车的最大速度为24m/s ·2.(1)无滑轮(3)接通电源放开小车 第二章相互作用 86.1kmh<90km/h,该过程轿车没有超连，3.①可利用平均速度求瞬时速度： 4-玉出-4d上，则= 第6课时重力弹力摩擦力 故A错误：轿车的平均加速度大小为a= 2 2T 2 考点 20-18m/s≠1.25m/s,故B错误：轿车速度 11 ②方法一利用逐差法求解平均加速度 1.(2)运动状态 一直大于货车速度，直到11s末两车速度相 等，所以两车距离一直在减小，故C错误；0 37a-5 :2.(1)地球的吸引(2)弹簧测力计(3)竖直向 3T :下(4)①质量②悬挂 11s内，轿车的位移为工1=2×(20十24)× 则a=4十十a=十马十)一（十十）判断正误 3 9T 11.×2.×3./4.×5./ 方法二利用速度一时间图像求加速度 ·[例1]解析人和竹筏在水里减速滑行，速度 8m十7(24+18)×3m=239m,货车的位移： .作出速度一时间图像，通过图像的斜率求解！在变化，根据牛顿第二定律可知合力不为零， 为x2一18X11m=198m,开始的距离为d=:小车的加速度： 故A错误；竹筏在水平方向有加速度，人对竹 x1十xo-x2=239m+60m-198m=101m,1 b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加； 筏的力在竖直方向有重力，水平方向有摩擦 故D正确.门 速度。 力，所以人对竹筏的力方向不是竖直向下，故 455