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练习)-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

**基本信息** 聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，以问题链整合实验操作、数据处理与误差分析，构建“原理-操作-应用”三阶方法体系，渗透科学探究与科学思维素养。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验基础|2题|仪器使用规范/步骤排序（CBDA）|从打点计时器原理到实验流程，建立操作规范性认知| |数据处理|2题|逐差法求加速度/平均速度公式/图像法分析|匀变速直线运动规律→纸带数据处理→误差归因（系统误差）| |拓展应用|1题|频闪照相数据处理/黏滞阻力平衡方程推导|从理想实验到实际情境，体现科学推理与模型建构|

第6课时　实验一　探究小车速度随时间变化的规律 1．某同学用如图所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验． (1)图中仪器A叫作电火花计时器，使用220 V交流电源(选填“交流”或“直流”)，释放小车前，小车应停在靠近(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置． (2)在使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤： A．松开纸带让物体带着纸带运动 B．穿好纸带 C．把打点计时器固定好 D．接通电源，进行打点 以上步骤的正确顺序是CBDA． 解析　(1)题图中仪器A叫作电火花计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近电火花计时器． (2)在使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，先把电火花计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让小车带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA． 2．实验小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz. 甲 乙 (1)实验操作前，不需要平衡阻力(选填“需要”或“不需要”)． (2)规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图乙所示，则纸带上打计数点2时小车速度大小v2＝0.504m/s；小车运动的加速度大小a＝1.50m/s2(结果保留3位有效数字)． (3)某次实验中交流电源的频率发生了变动，频率变成了49 Hz，但做实验的同学仍按照50 Hz进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比偏大(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，该误差属于系统(选填“系统”或者“偶然”)误差． 解析　(1)本实验是探究小车速度随时间变化的规律，因此不需要平衡阻力． (2)相邻两计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，打计数点2时小车速度大小v2＝＝0.504 m/s，加速度大小a＝＝1.50 m/s2. (3)根据频率与周期之间的关系T＝可知，频率变小，则周期变大，发生相同位移所用的时间变长，因此仍按50 Hz进行数据处理的话，速度的测量值与实际值相比将偏大；由系统装置所造成的误差称为系统误差，故该误差属于系统误差． 3．某同学利用如图(a)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(b)所示． (1)已知打出图(b)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，小车发生对应位移和平均速度分别为Δx和，表中ΔxAD＝24.00cm，AD＝80.0cm/s. 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 AD 87.3 94.6 (2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示．在图中补全实验点． 答案　见解析 (3)从实验结果可知，小车运动的 －Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝71.5cm/s2，b＝58.7cm/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，得到打出A点时小车速度大小vA＝b，小车的加速度大小a＝2k.(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，平均速度为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得 (3)从实验结果可知，小车运动的－Δt图线可视为一条直线，图像为 此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知其中k＝ cm/s2＝71.5 cm/s2，b＝58.7 cm/s. (4)小球做匀变速直线运动，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. 4．某学习小组在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验后，利用频闪照相研究小车从斜面上滑下的运动．如图甲所示，将小车从斜轨上由静止释放，用频闪相机从小车运动的侧面进行照相，频闪仪的频率为10 Hz，得到如图乙所示的照片．根据照片测得OA＝31.8 cm，OB＝67.4 cm，OC＝106.9 cm，OD＝150.5 cm. (1)根据以上信息，可求得小车运动到位置A处时的速度大小vA＝3.4m/s，小车运动过程中的加速度大小a＝3.9m/s2.(结果均保留2位有效数字) (2)根据以上数据可推知，小车在O点的速度不为零(选填“为零”或“不为零”)．如果当时频闪仪的频率为12 Hz，而做实验的同学们并不知道，那么测得的加速度与真实值相比偏小(选填“偏大”“偏小”或“不变”)． 解析　(1)根据题意可知，运动到A处时小车的速度大小vA＝＝×10－2 m/s≈3.4 m/s，根据逐差法，小车运动的加速度大小a＝＝×10－2 m/s2≈3.9 m/s2. (2)由O到A小车做匀加速直线运动，根据运动学公式vA＝v0＋at得v0＝vA－at＝3.4 m/s－3.9×0.1 m/s＝3.01 m/s，则小车在O点时的速度不为零．如果实验时频闪仪的实际拍摄频率为12 Hz，则实际周期更短，由a＝可知，实际加速度更大，即加速度的测量值和实际值相比是偏小的． 5．(2025湖南卷)某同学通过观察小球在黏性液体中的运动，探究其动力学规律，步骤如下： (1)用螺旋测微器测量小球直径D如图1所示，D＝2.207/2.206/2.205mm. (2)在液面处由静止释放小球，同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时刻的位置，频闪仪每隔0.5 s闪光一次．装置及所拍照片示意图如图2所示(图中的数字是小球到液面的测量距离，单位是cm)． (3)根据照片分析，小球在A、E两点间近似做匀速运动，速度大小v＝0.010m/s(保留2位有效数字)． (4)小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力f＝kDv(k为与液体有关的常量)，已知小球密度为ρ，液体密度为ρ0，重力加速度大小为g，则k的表达式为k＝(用题中给出的物理量表示)． (5)为了进一步探究动力学规律，换成直径更小的同种材质小球，进行上述实验，匀速运动时的速度将减小(选填“增大”“减小”或“不变”)． 解析　(1)根据图1可知小球直径D＝2 mm＋20.7×0.01 mm＝2.207 mm. (3)由图2可知A、E两点间的距离为x＝(7.02－5.00)×10－2 m＝2.02×10－2 m，时间为t＝4t0＝4×0.5 s＝2 s，所以速度为v＝＝≈0.010 m/s. (4)小球匀速运动，根据受力平衡有ρgV＝ρ0gV＋f，体积公式为V＝πR3＝π3，整理可得k＝＝. (5)根据(4)可知v∝D2，所以换成直径更小的同种材质小球，速度将减小． 学科网（北京）股份有限公司 $