第1章 第6课时 实验一 探究小车速度随时间变化的规律(Word教参)-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

该高中物理高考复习讲义围绕“探究小车速度随时间变化的规律”实验，整合打点计时器使用、纸带数据处理（速度与加速度计算）、误差分析等核心考点，按实验操作—数据方法—考点应用的逻辑架构展开，通过实验思路梳理、数据处理指导（逐差法、图像法）、真题训练（如2025北京卷）等环节，帮助学生突破实验难点，体现复习的系统性与针对性。 讲义突出科学探究与科学思维培养，创新设计“等效法”处理纸带（剪断纸条绘制v-t图像）、光电门测加速度等实验活动，引导学生通过逐差法推理加速度、分析遮光条宽度对速度测量的影响，提升模型建构与质疑创新能力。设置基础操作、数据处理、创新应用分层练习，配合即时反馈，助力学生高效掌握实验核心方法，为教师把控复习节奏提供清晰指导。

第6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． 一、实验思路与操作 装 置 图 与 思 路 思路：小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化的情况． 注意： 1．不需要平衡摩擦力． 2．平行：细绳、纸带与长木板平行． 3．先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带． 4．防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏． 5．不需要满足悬挂槽码质量远小于小车质量． 操 作 要 领 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. 二、数据处理方法 1．由纸带求物体运动速度的方法 匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，即vn＝. 2．利用纸带求物体加速度的两种方法 (1)用逐差法求加速度 根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出平均值，即a＝. (2)用图像法求加速度 先根据vn＝求出所选的各计数点对应的瞬时速度，后作出v－t图像，图线的斜率即等于物体运动的加速度． 1.认识“两种仪器” (1)作用：计时仪器，接频率为50 Hz的交变电流，每隔0.02 s打一次点． (2)工作 条件 2．区分计时点和计数点： 计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；计数点是人们根据需要选择一定数目的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的规则而定． 3．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． 考点一　教材原型实验 利用如图所示装置在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中： 　　 (1)乙图的打点计时器工作电压为交流(选填“交流”或“直流”)220V.若提供的实验器材中同时有甲、乙两图所示的打点计时器，应优先选用乙(选填“甲”或“乙”)图． (2)下列操作中正确的有BC． A．打点计时器应安装在长木板的有滑轮一端 B．在释放小车前，小车要靠近打点计时器 C．应先接通电源，后释放小车 D．两相邻测量点间的时间间隔必须是0.1 s E．用v－t图线处理数据时，必须用平滑的曲线连接所有的点 (3)小明同学在实验中得到了几条较为理想的纸带，已在每条纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编为0、1、2、3、4.由于不小心，纸带被撕断了，如图所示．请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答：在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应该是C． A B C D (4)小兰同学打出的一条纸带如图所示，A、B、C、D、E为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s．则实验时纸带的左(选填“左”或“右”)端是和小车相连的；打点计时器打下C点时小车的速度大小为1.5m/s.(结果保留小数点后一位) 解析　(1)乙图为电火花计时器，所用电压为220 V的交流电压，电火花计时器相较于电磁打点计时器阻力小，所以优先选用电火花计时器． (2)打点计时器应安装在长木板没有滑轮的一端，故A错误；在释放小车前，小车要靠近打点计时器，故B正确；应先接通电源，待打点稳定后释放小车，故C正确；两相邻测量点间的时间间隔可根据实际情况选取，故D错误；用v-t图线处理数据时，误差较大的点应当舍去．故E错误．故选BC． (3)根据逐差公式可得x34－x23＝x23－x12＝x12－x01，将x12＝44.0 mm、x01＝36.0 mm代入可得x34＝60.0 mm.故选C． (4)因为小车速度增大，所以纸带的左端与小车相连. 打下C点时小车的速度大小v＝ m/s＝1.5 m/s. (2025北京卷)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CBA(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)，可以判断纸带的左端(选填“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＝. (4)某同学用打点计时器来研究圆周运动．如图3所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点，另一端穿过打点计时器．实验时圆盘从静止开始转动，选取部分纸带如图4所示．相邻计数点间的时间间隔为0.10 s，圆盘半径R＝0.10 m．则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为0.81m/s2；打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为1.6m/s2.(结果均保留两位有效数字) 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A、C的中间时刻，AC间位移为x2，时间间隔为2T；则v＝. (4)根据逐差法可知a＝＝＝0.81 m/s2，B点是AC的中间时刻点，则有vB＝＝ m/s＝0.4 m/s，此时向心加速度an＝＝ m/s2＝1.6 m/s2. 考点二　探索创新实验 1．实验器材的改进及速度的测量方法 2．获得加速度方法的改进 长木板倾斜，靠小车的重力获得加速度(如图甲、乙所示)靠重物的拉力获得加速度． 　 情境设置、数据获取的创新 某同学利用如图所示的装置研究匀变速直线运动，并测量小车的加速度． (1)水平导轨上安装两个相距为l的光电门，小车上装有宽度为d的遮光条，在槽码的牵引下，小车从光电门1的右侧由静止开始运功，先后经过光电门1、2，为了测量小车的加速度，下列说法正确的是B(填选项前的字母)． A．本实验必须补偿小车所受的阻力 B．光电门1和2的距离应适当大些 C．槽码的质量必须远远小于小车的质量 D．要使瞬时速度的测量值更加接近于真实值，可换用更宽的遮光条 (2)测得两光电门之间的距离为l＝0.5 m，遮光条的宽度为d＝2 mm，遮光条经过光电门1、2的挡光时间分别为Δt1＝0.005 s、Δt2＝0.002 s，则小车通过光电门1时的速度大小为0.4m/s，小车的加速度大小为0.84m/s2. 解析　(1)本题是测量小车的加速度，不是验证牛顿第二定律，因此不需要补偿小车所受的阻力，也不需要槽码的质量远小于小车的质量，故AC错误；要使瞬时速度的测量值更加接近于真实值，需使遮光条挡光的时间较短，故需要选择较短的遮光条，故D错误；光电门1和2的距离应适当大些，可以减小系统误差，故B正确．故选B． (2)小车经过光电门1的瞬时速度大小v1＝＝0.4 m/s，经过光电门2的瞬时速度大小v2＝＝1 m/s，根据速度位移公式a＝＝0.84 m/s2. 数据处理、原理思路的创新 如图甲所示是运用DIS实验的位移传感器测定小车运动规律的实验装置图，图中轨道左低右高． (1)固定在小车上的发射器不断地向接收器发出短暂的超声波脉冲和红外线脉冲，从而测量物体运动的一些物理量．超声波脉冲慢于(选填“快于”或“慢于”)红外线脉冲． (2)图乙是通过传感器、数据采集器，再经过计算机所绘制的小车运动的速度－时间图像．由该图像可以求出小车加速度的大小为a＝1.2m/s2；小车的运动方向是向右(选填“向左”或“向右”)运动． 解析　(1)频率高于20 000 Hz的声波叫超声波，超声波是机械波，红外线是电磁波，因此超声波脉冲“慢于”红外线脉冲． (2)由速度－时间图像的斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正、负表示加速度的方向，则有a＝＝ m/s2＝－1.2 m/s2，可知加速度的大小为1.2 m/s2，负号表示加速度的方向与运动方向相反．小车加速度的方向与运动方向相反，小车做匀减速运动，可知小车“向右”运动． 解决创新实验的思路 要首先理解好实验原理，再利用测速度和测加速度的方法求解． 情境设置、探究目的的创新 小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图甲所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t，多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t. (1)现有以下材质的小球，实验中应当选用A． A．钢球　　 B．乒乓球　　 C．橡胶球 (2)用分度值为1 mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图乙所示，则h＝61.20cm. (3)作出2h－t2图线，如图丙所示，则可得到重力加速度g＝9.55m/s2. (4)在图甲中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量，若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为t′＝t＋(用h、t和v表示)． (5)有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差．请判断该观点是否正确，简要说明理由． 答案　不正确，理由见解析 解析　(1)为了减小空气阻力等误差影响，应该选用质量大、体积小(材质密度较大)的小钢球，故选A． (2)刻度尺的分度值为1 mm，估读到分度值的下一位，由图可知h＝61.20 cm. (3)根据h＝gt2可知＝g，故在2h-t2图像中斜率表示重力加速度，根据图线有g＝ m/s2≈9.55 m/s2. (4)下落过程中声音传播的时间为t1＝，则小球下落的时间为t′＝t＋t1＝t＋. (5)设木条厚度为H，则台阶距离地面的高度为h1时小球下落的时间为t1，高度为h2时小球下落的时间为t2；则根据前面的分析有g＝＝，可知g与H无关． “等效法”处理纸带 在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条纸带如图甲所示．A、B、C、D、E、F、G为计数点(相邻两计数点间有4个点未画出)，相邻计数点间时间间隔为0.10 s，x1＝1.20 cm，x2＝1.60 cm，x3＝1.98 cm，x4＝2.38 cm，x5＝2.79 cm，x6＝3.18 cm. (1)根据题目信息可知，打B点时小车的速度是0.14m/s，小车的加速度是0.40m/s2.(结果保留2位有效数字) (2)某同学用以下办法绘制了小车运动的v－t图像：先把纸带每隔T＝0.10 s剪断，得到若干段纸条，长度分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6.再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条的下端对齐，作为时间轴，标出时间．最后连接纸条上端中心位置作一条直线，于是得到v－t图像(如图乙所示)． t1处应标为0.10s；v1处应标为[此空用第(2)问中的物理量符号表示]． (3)请说明利用纸条长度表示瞬时速度所依据的原理． 匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度 解析　(1)根据匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打B点时小车的速度为vB＝AC＝＝ m/s＝0.14 m/s. 由Δx＝aT2可得小车的加速度为a＝＝ m/s2＝0.40 m/s2. (2)t轴标出的时间为连续相等的时间间隔，且纸带每隔T＝0.10 s剪断一段，所以t1处应标为0.10 s．由平均速度公式可得v1＝. 读图 学科网（北京）股份有限公司 $