第1章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考物理大一轮复习学案（创新版）

该高中物理讲义聚焦匀变速直线运动规律及实验探究核心考点，按教材原型实验（打点计时器使用、v-t图像绘制）与拓展创新实验（光电门、频闪照相测加速度）的逻辑架构展开，通过考点梳理、方法指导（平均速度法、逐差法）、真题训练（北京卷、广东卷等实例），帮助学生构建实验问题分析框架。 讲义突出科学探究与科学思维培养，如设计“用不同器材测重力加速度”活动，引导学生对比打点计时器、光电门、传感器的实验原理，通过数据处理（图像法、公式法）提升科学推理能力。设置基础操作、数据处理、创新应用分层例题，配合即时反馈，助力学生高效突破实验难点，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

实验1　探究小车速度随时间变化的规律 原理装置图 操作要求 注意事项 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。 1.按原理图安装好实验装置，打点计时器固定在长木板无滑轮的一端。 2．细绳一端拴在小车上，另一端跨过滑轮挂上槽码，纸带穿过打点计时器固定在小车的后面。 3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车。 4．断开电源，取下纸带。 5．增减槽码的质量，按以上步骤再做两次实验。 1.平行：细绳、纸带与长木板平行。 2．靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 3．先后：先接通电源后释放小车，先关闭电源后取下纸带。 4．防撞：在到达长木板末端前让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞。 5．适当：悬挂的槽码要适当，避免纸带上打出的点太少或过于密集。 数据 处理 1.用“平均速度法”测速度 瞬时速度没法直接测量，因此根据极限的思想，可通过测量对应的很短时间内的平均速度来测瞬时速度。在公式v＝中，当Δt→0时v是瞬时速度。 2． 匀变速直线运动的速度测量 在匀变速直线运动中，某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度，故打第n个点时纸带的瞬时速度为vn＝。 3．记录小车在几个时刻的瞬时速度，在直角坐标系中作出v-t图像。 小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，可以得出结论：小车的速度随时间均匀变化。 考点一　教材原型实验 　在进行“探究小车速度随时间变化的规律”实验中： (1)图1 所示实验器材是________(选填“计时”“测速”或“测距”)的仪器，其中必须使用4～6 V低压交流电源的是________(选填“甲”或“乙”)； 图1 (2)已提供了小车、一端附有滑轮的长木板、纸带、细绳、刻度尺、导线。为了完成实验，还需从图2中选取实验器材：________(此项为多选，请填写相应的字母符号)。 图2 解析：(1)题图1 所示实验器材是计时的仪器。其中必须使用4～6 V低压交流电源的是电磁打点计时器，即甲。 (2)已提供了小车、一端附有滑轮的长木板、纸带、细绳、刻度尺、导线。为了完成实验，还需从题图2中选取实验器材：低压电源A、钩码B和打点计时器C。 答案：(1)计时　甲　(2)ABC ［归纳总结］ （１）电磁打点计时器与电火花计时器的比较（如图所示） ①作用：计时仪器，当接频率为50 Hz的交变电流时，每隔0.02 s打一次点。 ②工作 条件 (2)计时点和计数点的区别 ①计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，如果使用50 Hz的交流电源，两相邻计时点的时间间隔为0.02 s。 ②计数点是人们根据需要选择一定数目的计时点取一个计数点，两个相邻计数点的时间间隔由选取计时点的个数而定。 注意：“每打n个计时点取一个计数点”与“每隔(n－1)个计时点取一个计数点”的时间间隔相等，即T＝nT0, 其中T0为相邻计时点的时间间隔，由所用交流电源的频率决定，T为相邻计数点的时间间隔。 　(2025·北京卷，16节选)利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律，实验装置如图1所示。 (1)按照图1安装好器材，下列实验步骤正确的操作顺序为________(填各实验步骤前的字母)； A．释放小车 B．接通打点计时器的电源 C．调整滑轮位置，使细线与木板平行 (2)实验中打出的一条纸带如图2所示，A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画出)，可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与小车相连； (3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T，则打B点时小车的速度v＝________。 解析：(1)实验步骤中，首先调整滑轮位置使细线与木板平行，确保力的方向正确；接着接通打点计时器电源，让计时器先工作；最后释放小车。故顺序为CBA。 (2)小车做匀加速直线运动时，速度越来越大，纸带上点间距逐渐增大。图2中纸带左端间距小，右端间距大，说明纸带左端与小车相连。 (3)根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B点为AC的中间时刻，AC间位移为x2，时间间隔为2T；则v＝。 答案：(1)CBA　(2)左端　(3) 　 (2025·广东省重点中学高三联考)如图甲所示为在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有标出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm。 (1)下表列出了打点计时器打下B、C、E、F点时小车的瞬时速度，则打点计时器打下D点时小车的瞬时速度为________m/s； 位置 B C D E F 速度/(m·s-1) 0.737 0.801 0.928 0.994 (2)请以A点为计时起点，在坐标图(图乙)中画出小车的速度—时间关系图线； (3)根据画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。 解析：(1)由题意可知，相邻两计数点间的时间间隔Δt＝5T＝0.1 s，根据匀变速直线运动的规律可知vD＝＝0.864 m/s。 (2)根据实验数据在表格中描点，作一条直线，使各点尽量落在这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线两侧，偏离太远的点可舍去不要，描点作图如下。 (3)v-t图线斜率表示加速度，由作出的v-t图线可得a＝ m/s2＝0.64 m/s2。 答案：(1)0.864　(2)图见解析　(3)0.64 考点二　拓展创新实验 　(2025·湖南雅礼中学二模)某兴趣小组用皮尺和带闪光的遥控汽车研究其启动的运动规律，如图甲所示。实验步骤如下： (1)已知相邻两次闪光时间间隔相同，从某次闪光开始计时并计数1次，在第50次闪光结束计时，总时间为9.80 s； (2)将皮尺铺在平直的水平路面上，遥控汽车平行放置在皮尺旁，闪光时能照亮皮尺上的刻度。一位同学遥控小车让其从静止开始做直线运动，小车刚启动瞬间恰好发出第一次闪光，另一位同学用手机录像记录下小车运动情况； (3)用手机视频编辑软件查看视频，读出小车每次闪光时后轮的位置坐标，记录在下面表格； 闪光序数 1 2 3 4 5 6 7 小车位置x/m 0.01 0.06 0.17 0.33 0.52 0.70 0.90 小车速度v/(m·s-1) 0 0.40 v3 0.88 0.93 0.95 / (4)用v＝近似计算小车在不同位置的速度，其中v3＝________m/s(保留2位有效数字)； (5)根据上表中的数据在乙图中描点作出小车的v-t图像，由图像可知小车启动过程加速度________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 解析：(4)根据闪光周期可知T＝ s＝0.2 s，可得v3＝ m/s≈0.68 m/s。 (5)描点绘图，如图所示，v-t图像的斜率表示加速度大小，故由图像可知小车启动过程加速度变小。 答案：(4)0.68　(5)图见解析　变小 [创新角度分析] 1．实验目的创新：实验研究遥控汽车启动过程速度随时间的变化规律。 2．实验器材创新： (1)利用等时闪光灯记录小车运动时间； (2)利用皮尺测量小车不同时刻的位移。 素养拓展　测重力加速度的几种方法 方法1　利用打点计时器测量 　(2025·广东深圳宝安期中)利用图甲所示的装置可以研究自由落体运动，实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的点。 图甲 (1)为了减小误差，重物应选________(填入正确选项前的字母)； A．木块　　　B．铁块　　　 C．塑料块 (2)为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有________(填入正确选项前的字母)。 A．天平 B．秒表 C．刻度尺 (3)取下纸带，取其中的一段标出计数点如图乙所示，测出相邻计数点间的距离分别为x1＝2.60 cm，x2＝4.14 cm，x3＝5.69 cm，x4＝7.22 cm，x5＝8.75 cm，x6＝10.29 cm，已知打点计时器的打点间隔T＝0.02 s，则重物运动的加速度计算表达式为a＝________，代入数据，可得加速度a＝________m/s2(计算结果保留3位有效数字)。 图乙 解析：(1)为了减小阻力对实验的影响，使重物的重力远大于阻力，重物应选质量大、体积小，即密度大的铁块，故选B。 (2)本实验不需要测量质量，故不需要天平，故A错误；打点计时器本身具有计时功能，所以本实验不需要秒表，故B错误；本实验需要利用刻度尺测量纸带上所打计数点间的距离来计算加速度的大小，故需要刻度尺，故C正确。 (3)由纸带可知相邻计数点间还有一个点，则相邻计数点间的时间间隔为t＝2T 根据逐差法Δx＝at2可得重物运动的加速度计算表达式为 a＝ ＝ 已知打点计时器的打点间隔T＝0.02 s，代入数据，可得加速度大小a＝9.60 m/s2。 答案：(1)B　(2)C　 (3)　9.60 方法2　利用光电门测量 　(2025·广东中山期中联考)某同学用如图(a)所示的装置测量重力加速度。 图(a) 图(b) 实验器材：有机玻璃条(白色是透光部分，黑色是宽度均为d＝1.00 cm的挡光片)，铁架台，数字计时器(含光电门)，刻度尺。 主要实验过程如下： (1)将光电门安装在铁架台上，下方放置承接玻璃条下落的缓冲物； (2)用刻度尺测量两挡光片间的距离，刻度尺的示数如图(b)所示，读出两挡光片间的距离L＝________cm； (3)手提玻璃条上端使它静止在________方向上，让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过； (4)让玻璃条自由下落，测得两次挡光的时间分别为t1＝10.003 ms和t2＝5.000 ms； (5)根据以上测量的数据计算出重力加速度g＝________m/s2(结果保留3位有效数字)。 解析：(2)两挡光片间的距离L＝15.40 cm－0.00 cm＝15.40 cm。 (3)根据实验思路，应手提玻璃条上端使它静止在竖直方向上，让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过。 (5)玻璃条下部挡光片通过光电门时玻璃条的速度为v1＝ m/s≈1.00 m/s，玻璃条上部挡光片通过光电门时玻璃条的速度为v2＝ m/s＝2.00 m/s，根据运动学公式有v22－v12＝2gL，代入数据解得重力加速度g＝9.74 m/s2。 答案：(2)15.40　(3)竖直　(5)9.74 方法3　利用频闪照相法或手机录像测量 　(2025·南京金陵中学期中)频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置，它们到初始点的实际距离经过比例测算已经在图上标出，长度单位为cm，如图甲所示。已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次，某次闪光时小球刚好释放。 图甲 　 图乙 (1)根据运动学规律可计算各个位置的速度，得到如下表格，0.04 s时刻小球的速度为________m/s； 时刻t/s 0 0.04 0.08 0.12 0.16 速度v(m·s-1) 0 0.79 1.16 1.56 (2)根据表格数据，在图乙中绘出小球下落的v-t图像； (3)根据所描绘的图像，可得小球下落的加速度大小为________m/s2(保留3位有效数字)； (4)若频闪仪实际闪光的时间间隔小于0.04 s，测得小球下落的加速度大小比真实值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)0.04 s时刻小球的速度为 v1＝ m/s＝0.40 m/s。 (2)根据表格数据，在图乙中绘出小球下落的v-t图像如图所示。 (3)根据所描绘的图像，可得小球下落的加速度大小为a＝ m/s2≈9.67 m/s2。 (4)若频闪仪实际闪光的时间间隔小于0.04 s，根据v＝可知若位移测量准确，但时间间隔偏大，导致速度测量值偏小，使得测得小球下落的加速度大小比真实值偏小。 答案：(1)0.40　(2)见解析图　(3)9.67　(4)偏小 方法4　利用传感器测量 　(2022·辽宁卷，12)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。 (1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要________(填“天平”或“刻度尺”)； (2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50 cm，记录时间间隔的数据如下表所示； 编号 1遮光带 2遮光带 3遮光带 … Δt/ (10-3 s) 73.04 38.67 30.00 … 根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝________m/s(结果保留2位有效数字)； (3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝________(用d、Δt1、Δt2表示)； (4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)该实验测量重力加速度，不需要天平测质量，需要用刻度尺测量遮光带(透光带)的宽度。 (2)根据平均速度的计算公式可知v＝ m/s＝1.5 m/s。 (3)根据匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的速度，有v1＝ 又v2＝v1＋g 可得g＝。 (4)光栅板下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于当地的重力加速度。 答案：(1)刻度尺　(2)1.5　(3)　(4)光栅板受到空气阻力的作用 学科网（北京）股份有限公司 $