三维设计2024高三物理总复习 第6课时 探究小车速度随时间变化的规律 实验增分课

第6课时探究小车速度随时间变化的规律[实验增分课]目录CONTENT立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点聚焦“素养”·提能力020301Part01立足“四层”·夯基础⁠装置原理操作要领⁠（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）平行：细绳、纸带与长木板平行。（2）靠近：小车释放前，应靠近打点计时器。（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）适当：悬挂槽码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集。数据处理误差分析（1）使用刻度尺测计数点的距离时有误差；（2）作v－t图像时出现作图误差；（3）电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同；（4）长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差。Part02着眼“四翼”·探考点⁠

【典例1】

某同学利用图示装置探究小车速度随时间变化的规律。（1）实验中必要的措施是

⁠。

A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力解析

（1）实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A正确；实验时要先接通电源再释放小车，选项B正确；此实验中，没有必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项C错误；此实验中不需要平衡小车与木板间的摩擦力，选项D错误。答案

（1）AB

（2）他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）：s1＝3.59cm；s2＝4.41cm；s3＝5.19cm；s4＝5.97cm；s5＝6.78cm；s6＝7.64cm。则小车的加速度a＝

⁠m/s2（要求充分利用测量数据），打点计时器在打B点时小车的速度vB＝

⁠m/s。（结果均保留2位有效数字）

⁠

打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题：（1）如图甲、乙是两种打点计时器的图片，其中甲是

⁠计时器。

解析：（1）甲是电火花计时器，乙是电磁打点计时器。答案：（1）电火花

（2）乙打点计时器使用的电源为

⁠（选填“低压交流”或“低压直流”）电源。

解析：（2）乙是电磁打点计时器，使用的电源为低压交流电源。答案：（2）低压交流

解析：（3）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，应先接通电源，后释放纸带让纸带运动，故选A。（3）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，接通打点计时器电源和让纸带开始运动这两个操作之间的时间顺序关系是

⁠。

A.先接通电源，后让纸带运动B.先让纸带运动，再接通电源C.让纸带运动的同时接通电源D.先让纸带运动或先接通电源都可以答案：（3）A（4）某次实验过程中，小车拖动纸带运动，用打点计时器打出一条纸带，如图丙所示，从某一清晰点开始，描出O、A、B、C、D五个计数点（相邻两个计数点间有四个点未画出），用刻度尺量出各点与O点间距离，已知纸带的右端与小车相连接，所用电源的频率为50Hz，则判断小车做

⁠（选填“加速”或“减速”）直线运动，打下B点时小车运动的速度大小为

⁠m/s，小车的加速度大小为

⁠m/s2。

答案：（4）减速

0.62

1.80⁠【典例2】

（2022·全国乙卷）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（t＝0）开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示，回答下列问题：t/s0123456x/m050710941759250533294233（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是

⁠；

解析

（1）将表格中数据转化为如图所示的图像，则x1＝507

m，x2＝587

m，x3＝665

m，x4＝746

m，x5＝824

m，x6＝904

m，可得x2－x1＝80

m，x3－x2＝78

m，x4－x3＝81

m，x5－x4＝78

m，x6－x5＝80

m，相邻相等时间间隔位移差大小接近，可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。答案

（1）相邻相等时间间隔位移差大小接近（2）当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝

⁠m/s；

（3）这段时间内该飞行器加速度的大小a＝

⁠m/s2（保留2位有效数字）。

答案

（2）547

｜创新点评｜（1）实验器材的创新：用雷达探测高速飞行器的位置代替了打点计时器。（2）测量方法的创新：利用飞行器沿直线运动，每隔1

s测量一次飞行器位置代替了纸带的测量。⁠1.用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，读得d＝

⁠mm。

②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x。③滑块从A点静止释放（已知砝码落地前挡光片已通过光电门）。④读出挡光片通过光电门所用的时间t。（1）实验的主要步骤：⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点静止释放，测量相应的x值并读出t值。解析：（1）根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度

d＝6

mm＋12×0.05

mm＝6.60

mm。答案：（1）6.60

答案：（2）2.38×104

0.518

2.（2022·辽宁高考）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”）；

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，故需要刻度尺。答案：（1）刻度尺

（2）该同学测得遮光带（透光带）的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示，编号1遮光带2遮光带3遮光带…Δt/（×10－3s）73.0438.6730.00…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（结果保留两位有效数字）；

答案：（2）1.5

（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：（4）光栅板的长度明显，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重力加速度。答案：（4）光栅板受到空气阻力的作用Part03聚焦“素养”·提能力⁠

1.用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了如图所示的一条纸带。（1）电火花计时器接的是

⁠伏的

⁠（选填“直流”或“交流”）电源；计时器打点的时间间隔为0.02s，每隔4个点取1个计数点，依次得到了O、A、B、C、D等几个计数点，如图所示。

解析：（1）电火花计时器应用电压为220

V的交流电源。答案：（1）220

交流

（2）小车由静止开始运动，则纸带的

⁠（选填“左”或“右”）端与小车相连。

解析：（2）小车从静止开始，即做加速运动，相邻计数点间距变大，可知小车与纸带的左端相连。答案：（2）左（3）用刻度尺量得OA＝1.20cm，OB＝2.80cm，OC＝5.80cm，OD＝7.20cm，打B点时纸带的速度大小为

⁠m/s，纸带运动的加速度大小为

⁠m/s2。

答案：（3）0.23

0.40

（4）如果当时电网中交变电流的频率变大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值比实际值

⁠（选填“偏大”或“偏小”）。

答案：（4）偏小

（5）关于打点计时器的使用，下列说法正确的是

⁠。

A.电磁打点计时器使用的是约6V的直流电源B.在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动C.使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D.电源的电压越高，打点的时间间隔就越小

答案：（5）BC2.某同学利用如图甲所示的装置研究小车的匀变速直线运动，放置在倾斜轨道上的小车由静止释放后，打点计时器打出的纸带如图乙所示。已知图乙中每相邻两个计数点之间还有4个点未画出，打点计时器所用交流电源的频率为f＝50Hz，相邻两个计数点之间的距离如图乙所示。由测量数据可得，打点计时器打下计数点2时小车的速度大小v2＝

⁠m/s；充分利用实验测得的数据，可得小车加速度大小a＝

⁠m/s2（计算结果均保留3位有效数字）。

答案：1.19

1.973.某同学利用滑块在气垫导轨上的运动测量当地的重力加速度。如图（a）所示，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、数字计时器、光电门等。导轨下方两支点间的距离为l。实验步骤如下：（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当光电门A记录的遮光时间

⁠（选填“大于”“小于”或“等于”）光电门B记录的遮光时间时，可认为气垫导轨水平；

解析：（1）当光电门A记录的遮光时间等于光电门B记录的遮光时间时，可认为气垫导轨水平。答案：（1）等于

（2）用游标卡尺测量遮光片宽度d，如图（b）所示，d＝

⁠cm；

解析：（2）由图可知游标卡尺为50分度值，则遮光片宽度为d＝3

mm＋2×0.02

mm＝3.04

mm＝0.304

cm。答案：（2）0.304

（3）在导轨左支点下加一高度为h的垫块，让滑块从导轨顶端滑下，记录遮光片经过A、B两处光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12，可求出重力加速度g＝

⁠（用题中给出的物理量符号表示）；

（4）分析实验结果发现，重力加速度的测量值比该地的实际值偏小，写出一条产生这一结果的可能原因：

⁠。

解析：（4）重力加速度的测量值比该地的实际值偏小，可能有测量遮光片宽度d偏小、测量运动时间偏大或者气垫导轨未调水平等原因。答案：（4）见解析4.利用如图甲所示的装置研究小车的匀变速直线运动。（1）实验中，必要措施是

⁠。

A.细线必须与长木板平行B.小车必须具有一定的初速度C.小车质量远大于钩码质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力解析：（1）该实验目的是研究小车做匀变速直线运动，只要小车做匀加速运动即可，对于初速度、小车质量与钩码质量关系、是否平衡摩擦力没有要求，为保证小车做直线运动，细线必须与长木板平行。故选A。答案：（1）A

（2）如图乙所示，A、B、C、D、E、F、G是打出的纸带上7个连续的计数点，每两个计数点之间还有四个点未画出，计时器每0.02s打一个点。则由图求得F点的瞬时速度vF＝

⁠（保留2位有效数字）。

答案：（2）0.14m/s

（3）图丙是根据实验数据画出的v2－2s图线（s为各点至同一起点的距离），由图线可知小车的加速度为

⁠（保留2位有效数字）。

答案：（3）0.50m/s2

（1）为了提高实验精度，下列说法正确的是

⁠。

A.两光电门间的距离适当大一些B.小球的直径越小，实验精度越高C.应该选用材质密度较大的小球解析：（1）两光电门间的距离适当大一些，可以减小距离及时间测量的误差，还可以减小小球大小对实验误差的影响，A正确；