高考物理一轮复习 知识点5：探究小车速度随时间变化的规律（提高原卷版）

知识点5：探究小车速度随时间变化的规律考点一：教材原型实验【知识思维方法技巧】数据处理注意：（1）区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点．要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的，都是描5个计时点的时间．（2）涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带．（3）利用逐差法求解平均加速度：若为奇数段，则中间段往往不用，如5段，则不用第三段，或去掉一段变为偶数段由；【典例1提高题】小华同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，选出了如图甲所示的一条纸带(每两个点间还有4个点没有画出)。打点计时器的电源频率为50Hz。甲乙（1）根据纸带上的数据，计算E点时小车的瞬时速度并填入表中。位置ABCDEv/(m·s－1)0.610.811.001.18（2）小华同学根据实验数据在图乙中画出了小车的图像。请你根据v－t图像判断小车做的是__________________(填写序号)A．匀速直线运动B．匀变速直线运动C．.非匀变速直线运动（3）小红同学用以下方法绘制了小车运动的v－t图像：第一，先把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条；第二、再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间；第三，将纸条上端中心连起来，于是得到v－t图像。请回答这样做__________(选填“可行”“不可行”)，简要说明其理由__________________。【典例1提高题对应练习】研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图(a)．纸带上计数点的间距如图(b)，相邻计数点的时间间隔为T，计数点O至其它各计数点的距离为xi(其中i＝1、2、3……)．（1）（多选）部分实验步骤如下，其中正确的有__________．A．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔B．必须抬高木板右端，补偿阻力C．将小车尾部与纸带相连，小车停靠在打点计时器附近D．先释放小车，后接通电源（2）用x3、x5和T表示计数点4对应的小车速度大小为v4＝________________．（3）用x3、x6和T表示小车加速度的大小为a＝______________________．考点二：实验器材的改进【知识思维方法技巧】（1）速度测量方法的改进：打点计时器纸带求速度由光电门（v＝eq\f(d,Δt)）、频闪照相、滴水法代替求速度。（2）获得加速度方法的改进：靠重物的拉力获得加速度由长木板倾斜靠重力获得加速度代替。（3）加速度测量方法的改进：打点纸带利用逐差法求加速度由利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系式代替求加速度。a＝eq\f(v22－v12,2L).题型一：应用牵引法+光电门+气垫导轨探究模型【知识思维方法技巧】有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字．有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字。【典例1提高题】用图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。（1）实验的主要步骤：①用游标卡尺测量遮光片的宽度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(已知砝码落地前遮光片已通过光电门)；④读出遮光片通过光电门所用的时间t；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。（2）根据实验测得的数据，以x为横坐标，eq\f(1,t2)为纵坐标，在坐标纸中作出eq\f(1,t2)－x图线如图7所示，求得该图线的斜率k＝______________________m－1s－2；由此进一步求得滑块的加速度a＝__________________m·s－2。(计算结果均保留3位有效数字)【典例1提高题对应练习】研究物体做匀变速直线运动的情况可以用打点计时器，也可以用光电传感器.（1）一组同学用打点计时器研究匀变速直线运动，打点计时器使用的交变电源的频率是50Hz，打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况.①打点计时器的打点周期是________s.②图甲为某次实验打出的一条纸带，其中1、2、3、4为依次选中的计数点(各相邻计数点之间有四个点迹).根据图中标出的数据可知，打点计时器在打出计数点3时小车的速度大小为________m/s，小车做匀加速直线运动的加速度大小为________m/s2.（2）另一组同学用如图乙所示装置研究匀变速直线运动.滑块放置在水平气垫导轨的右侧，并通过跨过定滑轮的细线与一沙桶相连，滑块与定滑轮间的细线与气垫导轨平行.滑块上安装了宽度为3.0cm的遮光条，将滑块由静止释放，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间为0.015s，通过第二个光电门的时间为0.010s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为0.250s.则滑块的加速度大小为________m/s2，若忽略偶然误差的影响，测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”).题型二：应用自滑法探究模型类型一：应用自滑法+打点计时器进行探究【典例2a提高题】研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．（1）部分实验步骤如下：A．测量完毕，关闭电源，取出纸带B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是：__________________(用字母填空)；（2）图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔T＝____________________s；（3）计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝____________________(用字母表示)；（4）为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________________________________(用字母表示)．类型二：应用自滑法+光电门进行探究【典例2b提高题】某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度，如图(b)所示，eq\o(v,\s\up6(－))表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出eq\o(v,\s\up6(－))；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出eq\o(v,\s\up6(－))－Δt图，如图所示。完成下列填空：（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则eq\o(v,\s\up6(－))与vA、a和Δt的关系式为eq\o(v,\s\up6(－))＝________________。（2）由图可求得vA＝____________m/s，a＝____________m/s2。(结果保留3位有效数字)【典例2b提高题对应练习】利用如图(a)所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度．一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动．当一带有遮光片的滑块自斜面上端滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值，所得数据如表中所示．完成下列填空和作图：(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是__________________；(2)根据表中给出的数据，在图(b)给出的坐标纸上画出－t图线；(3)由所画出的－t图线，得出滑块加速度的大小为a＝__________m/s2(保留2位有效数字)．类型三：应用自滑法+滴水法进行探究【典例2c提高题】某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)（1）由图(b)可知，小车在桌面上是________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。（2）该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。（结果均保留两位有效数字）类型四：应用自滑法+频闪照相（手机）进行探究【典例2d提高题】某实验小组用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺(最小分度为1mm)读取的5个连续影像的读数依次为xO、xA、xB、xC、xD.xOxAxBxCxD5.1cm15.86cm30.91cm50.25cm73.90cm根据表中数据，完成下列填空：（1）以上哪个数据不符合刻度尺读数要求_________________(选填xO、xA……)；（2）物块到达B点时的速度vB为______________m/s（保留3位有效数字）；（3）请充分利用数据计算出物块的加速度a为___________m/s2（保留3位有效数字）．考点三：测量物理量的变更：测重力加速度题型一：应用落体法测重力加速度【知识思维方法技巧】自由落体法测重力加速度的原理：根据物体作自由落体运动，可用秒表、打点计时、光电门、闪光照片、滴水...测出物体下落的高度、时间及速度，再利用公式v＝gt、h＝eq\f(1,2)gt2、v2＝2gh可测出重力加速度。类型一：应用落体法+光电门进行测量【典例1a提高题】某同学用如图(a)所示的装置测量重力加速度．实验器材：有机玻璃条(白色是透光部分，黑色是宽度均为d＝1.00cm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＝10.003ms和t2＝5.000ms；（5）根据以上测量的数据计算出重力加速度g＝________m/s2(结果保留三位有效数字)．【典例1a提高题对应练习】某同学用如图甲所示的装置测定当地的重力加速度．步骤如下：（1）先用校准后的游标卡尺测量金属小球的直径．图乙为游标卡尺测量时示数，则金属球的直径d＝_________________cm；（2）按图甲安装好器材，测得小球被电磁铁吸住时球心到光电门的距离为h.控制电磁铁释放小球，记下金属小球通过光电门的时间t，则金属小球通过光电门时的速度大小v＝____________________(答案用字母表示)．（3）改变光电门到小球球心距离h测得与之对应的时间t，取得若干组实验数据．以eq\f(1,t2)为纵坐标，以h为横坐标，描绘出eq\f(1,t2)－h图象是一条倾斜直线，若直线斜率为k，则当地重力加速度g＝_________________(答案用字母表示)．类型二：应用落体法+频闪照相（手机）进行测量【典例1b提高题】疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图所示.（1）家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是________.（2）下列主要操作步骤的正确顺序是____________________.(填写各步骤前的序号)①把刻度尺竖直固定在墙上②捏住小球，从刻度尺旁静止释放③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置④打开手机摄像功能，开始摄像（3）停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图所示.已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为eq\f(1,6)s，刻度尺的分度值是1mm，由此测得重力加速度为_______________m/s2.（4）在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向.从该视频中截取图片，____________（选填“仍能”或“不能”）用(3)问中的方法测出重力加速度.【典例1b提高题对应练习】甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)A.米尺B.秒表C.光电门 D.天平（2）简述你选择的器材