第1章 实验1 探究匀变速直线运动的规律（Word教参）-【精讲精练】2027年高考物理一轮复习

该高中物理高考复习教案聚焦匀变速直线运动规律探究实验，涵盖打点计时器使用、匀变速判断（Δx=aT²）、瞬时速度计算及加速度测定（逐差法、图像法）等核心考点，按实验基础、数据处理、误差分析到考点应用的逻辑展开，通过考点梳理、方法指导、真题训练帮助学生突破难点，体现复习的系统性和针对性。 资料以科学探究和科学思维为导向，创新设计实验情景（如用节拍器研究摩托车运动），引导学生转化问题并处理数据，培养模型建构能力。结合全国甲卷真题分析平均速度-时间图线，强化科学论证。设置分层练习与即时反馈，确保学生高效掌握实验方法，为教师把控复习节奏提供指导，提升学生应考能力。

实验一　探究匀变速直线运动的规律 [对应学生用书第16页] 一、实验目的 1．练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动。 2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)。 3．测定匀变速直线运动的加速度。 二、实验原理 1．打点计时器 (1)电磁打点计时器：6 V以下交流电源。 (2)电火花计时器：220 V交流电源。 (3)当所用交流电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。若交流电的频率变化，则对应打点的时间间隔也发生变化。 2．匀变速直线运动的判断 (1)若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量，即Δx＝aT2，则物体做匀变速直线运动。 (2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v-t图像，若图像是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动。 3．由纸带计算某点的瞬时速度 根据匀变速直线运动，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，用vn＝计算。 4．利用纸带求物体加速度的两种方法 (1)逐差法 根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝＝，即为物体的加速度。 (2)图像法 利用vn＝求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出v-t图像，用v-t图线的斜率求物体运动的加速度。 三、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、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸等。 四、实验步骤 1．按实验原理图所示安装实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。 2．把一细绳系在小车上，细绳跨过滑轮，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。 3．把小车停靠在打点计时器处，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．换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。 五、数据处理 1．由实验数据得出v-t图像。 (1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。 (2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。 2．由实验得出的v-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。 (1)直接分析图像的特点得出。小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值Δt时，速度也会增加相同的值Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化。 (2)通过函数关系进一步得出。既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，显然v与t呈线性关系，小车的速度随时间均匀变化。 3．用Δx＝aT2对纸带进行分段，计算加速度。若纸带上的计数段为偶数，直接分为前后两段计算，若纸带上的计数段为奇数，可以舍掉首段或中间一段进行计算。 六、误差分析 1．根据纸带测量的位移有误差。 2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。 3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差。 4．用作图法作出的v-t图像并不是一条直线。 5．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。 七、注意事项 1．纸带和细绳要与长木板保持水平，小车运动要平稳。 2．实验中应先接通电源，稳定后让小车运动；实验后应先断开电源然后取纸带。 3．要防止钩码落地及小车与滑轮相撞。 4．小车的加速度适当大些可以减小长度的测量误差，加速度的大小以能在约50 cm长的纸带上清楚地打出6～7个计数点为宜。 [对应学生用书第18页] 考点一　应用设计实验 　某人用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。安装并调整好实验器材后，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，取几个计数点，如图乙中a、b、c、d等点。测出x1、x2、x3、… 结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务： (1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列器材中，必须使用的有________。(多选，填字母，下同) A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．秒表 D．刻度尺　 E．天平　 F．重锤 G．弹簧测力计 (2)实验操作中，下列选项合理的是________。 A．先通电，后释放小车 B．先释放小车，后通电 C．本实验需要垫高长木板一端以平衡摩擦力 D．本实验不需要垫高长木板一端以平衡摩擦力 (3)若小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是__________。已知打点计时器所用交流电频率为50 Hz，刻度尺测得相邻各点间的距离为x1＝3.62 cm，x2＝4.75 cm，x3＝5.88 cm，x4＝7.01 cm，小车的加速度是______ m/s2(计算结果保留3位有效数字)。 (4)若实际电源频率低于50 Hz，则加速度的计算结果比实际________(选填“偏大”“偏小”或“不影响”)。 [解析]　(1)本实验用到了打点计时器，那么就应该配备交流电源，这样才可以在纸带上周期性地打点，又因为要测量两点之间的距离，所以还会用到测量长度的工具即刻度尺，所以选AD。 (2)为了充分合理利用纸带，应该先打开电源，然后再释放小车，因为本实验是研究匀变速直线运动，只要运动中加速度恒定即可，所以没有必要平衡摩擦力，故选AD。 (3)由于小车做匀加速运动，所以相邻相等时间内的位移差是恒定的，即x2－x1＝x3－x2，由题意和加速度公式可知，a＝，代入数据解得a＝1.13 m/s2。 (4)如果实际电源频率低于50 Hz，则表示在测量时间的时候把时间测小了，由a＝，得测得的加速度偏大。 [答案]　(1)AD　(2)AD　(3)x2－x1＝x3－x2　1.13　(4)偏大 考点二　创新拓展实验 考向1　实验情景的变化 　某一物理实验小组利用节拍器和摄像机来研究摩托车启动过程中速度随时间变化的规律，如图所示，节拍器的工作原理与单摆类似，摆杆每次经过中间标尺位置时都会发出“啪”的一声响，实验时首先调节节拍器的周期，周期T＝1.0 s，摩托车启动时节拍器刚好响了一声“啪”，计序号为0，通过拍摄影像，确定每一次“啪”声对应车的位置，数据如下表： 节拍器声响序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 摩托车位置/m 0 0.48 1.24 2.32 3.72 5.46 7.53 9.91 12.60 根据表格内容可知(结果均保留2位小数)： (1)由表格数据可判断摩托车近似做匀加速直线运动，理由是__________________ ______________________________________________________。 (2)当x＝1.24 m时，摩托车的速度为______ m/s。 (3)摩托车的加速度大小为______ m/s2。 [解析]　(1)由表格数据可知，摩托车在相等时间间隔内的位移差近似等于0.32 m，由此可知，摩托车近似做匀加速直线运动。 (2)当x＝1.24 m时，摩托车的速度为v＝ m/s＝1.84 m/s。 (3)由逐差法可知，摩托车的加速度为a＝ m/s2＝1.29 m/s2。 [答案]　(1)相等时间间隔内的位移差近似相等 (2)1.84　(3)1.29 考向2　实验方法的拓展 　(2023·全国甲卷)某同学利用如图甲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乙所示。 (1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车的位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中。小车发生相应位移所用的时间和平均速度分别为Δt和，表中ΔxAD＝________cm，AD＝________cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δx/cm 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 / 66.0 73.0 AD 87.3 94.6 (2)根据表中数据，得到小车的平均速度随时间Δt变化的关系如图丙所示。在图丙中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的 -Δt图线可视为一条直线，此直线可用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝______cm/s。(结果均保留3位有效数字) (4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，由此可得打出A点时小车的速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________。(结果用字母k、b表示) [解析]　(1)根据纸带的数据可得 ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm 平均速度AD＝＝80.0 cm/s。 (2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像如下图所示。 (3)从实验结果可知，小车运动的-Δt图线可视为一条直线，如图所示 此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知其中 k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s。 (4)小车做匀变速直线运动，由位移公式 x＝v0t＋at2，整理得＝v0＋at 即＝vA＋at 故根据图像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k。 [答案]　(1)24.00　80.0　(2)见解析图 (3)70.0　59.0　(4)b　2k 学科网（北京）股份有限公司 $