第04讲 实验：探究小车速度随时间变化的规律（复习讲义）（四川专用）（学生版）

第04讲实验：探究小车速度随时间变化的规律目录01TOC\o"1-3"\h\u考情解码·命题预警 102体系构建·思维可视 203核心突破·靶向攻坚 3考点一探究小车速度随时间变化的规律 3知识点1打点计时器 3知识点2实验过程 3考向利用打点计时器、图像法、逐差法等知识解决实验问题 5考点二实验基础：误差分析与有效数字 15知识点1误差分析 15知识点2有效数字 16考向实验中误差分析与有效数字的运用 1604真题溯源·考向感知 21考点要求考察形式2025年2024年2023年探究小车速度随时间变化的规律选择题非选择题\\全国甲卷T10；10分误差与有效数字（实验基础）选择题非选择题\\\考情分析：1．高考考查这部分内容时以实验题的形式出现，通常情况下比较容易，一般以现实情境为背景，利用电火花打点计时器等工具，培养学生处理实验问题的思维与能力，有时会出现创新题型。2．从命题思路上看，试题情景为实验类情境。复习目标：目标一：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。目标二：掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。目标三.：了解物理实验中的误差，学会减小实验误差。考点一探究小车速度与时间变化的规律知识点1打点计时器1.作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50Hz时，每隔_____s打一次点。2.结构(1)电磁打点计时器(如图)(2)电火花计时器(如图)工作条件：电磁打点计时器:知识点2实验的过程实验器材电火花计时器或电磁打点计时器、交变电源、导线、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、__________、复写纸、坐标纸。实验原理实验原理图打点计时器的运用能判断匀变速直线运动若物体在连续相等时间T内的位移之差Δx为一恒量，即Δx=利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v−t图像，若图像是一条倾斜的某点的瞬时速度可利用纸带运算根据匀变速直线运动某段时间内的_____等于该段时间中间时刻的瞬时速度，即vn实验步骤（1）仪器安装按照实验原理图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，连接好电路；把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，另一端挂上合适的槽码，纸带穿过打点计时器，并将一端固定在小车的后面。（2）测量与记录①把小车停在靠近打点计时器处，先__________，后__________，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点，随后立即关闭电源，换上新纸带，重复三次。②从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和__________，通常用连续打点五次的时间作为时间间隔，即T=③利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得计数点1、2、3、4、5的瞬时速度。④增减所挂槽码个数，或在小车上放置重物，重复两次实验。实验数据处理（1）由实验数据作出v−根据记录的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，偏离直线太远的点可舍去不要，如图所示，这条直线就是本次实验的v−t图像，它是一条倾斜的直线。因此小车做匀加速直线运动，加速度就是（2）公式法（逐差法）若x2−x14段：加速度a=_______________若为奇数段，一般最短一段不用，转换为偶数段求解。注意事项（1）平行：纸带与细绳要和长木板平行。（2）两先两后：实验中应先__________，后让小车运动，实验完毕应先断开电源，后取下纸带。（3）防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地和小车与滑轮相撞。（4）纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。（5）减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6（6）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5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”的取点方法是一样的，时间间隔均为0.1s（7）准确作图：在坐标纸上，横、纵轴选取合适的单位（避免所描点过密或过疏而导致误差过大），仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让尽可能多的点落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。·点拨计时点与计数点的区别：计时点：1.概念：由打点计时器直接在纸带上打出的原始点迹，相邻两点间的时间间隔固定（如电磁打点计时器为`0.02s`，频率50Hz）。2.作用记录物体运动的连续时间信息，是数据处理的基础。计数点：1.概念：人为从计时点中按需选取的点（通常每隔几个计时点选一个），用于简化计算或放大时间间隔。例：在打点计时器实验中——若每五个计时点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为0.1s:若每隔四个计时点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔也为0.1s考向利用已学知识解决实验问题例1（2025·四川成都·三模）如图所示，甲图为探究小车匀变速直线运动规律的装置，乙图是某次实验获取的一段纸带。实验中打点计时器每隔0.02s打一个点，A、B、C、D、E、F、G是纸带上的计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出，请回答以下问题：(1)除了图甲中标出的器材外，还需要______。（请填选项前的字母序号）A．天平 B．刻度尺C．秒表 D．弹簧测力计(2)打C点时小车的速度大小为m/s，小车的加速度大小为m/s2例2（2025·四川成都·高三期中）某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花打点计时器使用的是频率为50Hz(1)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。x1=3.59cm，x2=4.41cm，x3=5.19cm，x4=5.97cm，x(2)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图丙所示，请根据这些点在图丙中作出v−t图像，并根据图像计算出小车运动的加速度a=m/s2【训练1】（2025·四川乐山·高三期中）某实验小组在用打点计时器研究匀变速直线运动规律的实验中打出的纸带如图所示，在纸带上确定出A、B、C、D、E共5个计数点，其相邻点间的距离如图所示。(1)若电源的频率是50Hz，每相邻两个计数点之间有四个点未画出，则每两个相邻的计数点之间的时间间隔为秒。(2)计算出打下D点时小车的瞬时速度（保留三位有效数字）：vD=m/s(3)计算加速度：a=m/s2（保留两位有效数字）。【训练2】（2025·四川凉山·高三月考）下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。(1)已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为s，(2)ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s=m，A、B两点间的时间间隔为s；C点对应的速度是m/s（计算结果保留三位有效数字）。【训练3】（2024·四川攀枝花·高三月考）某物理小组利用图1所示的实验装置研究小车的匀变速直线运动。主要实验步骤如下：（i）安装好实验器材，接通电源后，由静止释放重物，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。（ii）选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点。（iii）通过测量、计算可以得到小车的瞬时速度和加速度。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)本实验采用的电源电压一般为（）A．4~6V B．36~40V C．220V D．380V(2)下列操作步骤在实验中必要的是（）（填选项前的字母）。A．细线必须与长木板平行B．将长木板上没有滑轮的一端适当垫高C．钩码的质量远小于小车的质量D．先接通电源后释放小车(3)实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，打出几条纸带，选取一条比较清晰的纸带，部分计数点如图2所示（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。量出点B、C、D、E到点A距离分别为5.62cm、13.80cm、25.33cm、39.10cm，则打下B点时小车的速度vB=m/s，小车的加速度a＝m/s2（结果保留2位小数）(4)研究匀变速直线运动时，往往用ΔxΔt求某个点的瞬时速度，从理论上讲，对Δ【训练4】（2025·四川遂宁·高三期中）小李同学利用如图1所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。(1)此实验用的打点计时器都应接电源（选填“交流”、“直流”）。其中电火花计时器用电压V。(2)实验过程中，下列做法正确的是（选填选项前的字母）。A．先接通电源，再使小车运动B．先使小车运动，再接通电源C．释放前小车应停在靠近滑轮处D．释放前小车应停在靠近打点计时器处(3)组装并调节好实验装置，正确操作，得到的纸带如图2所示，在纸带上取计数点A、B、C、D、E、F、G，相邻两个计数点间还有四个计时点未画出，打点计时器工作频率为50Hz，则打点计时器打下D点时小车的速度大小为m/s，纸带的加速度大小为m/s2。（结果均保留三位有效数字）【训练5】（2025·四川自贡·高三月考）在“用电磁打点计时器测速度”实验中，已知交流电源的频率为50Hz。(1)下列说法正确的是。A．拖动纸带的同时，闭合电源开关B．先闭合电源开关，让打点计时器正常工作时，拖动纸带C．纸带上的打点密集，说明纸带运动速度较大D．此次实验所用电源为220V交流电源(2)某同学拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打出一系列点，处理时每隔1个点取一个计数点，标上字母A、B、C、D、E、F（中间的点未画出）。如图所示，某同学用mm刻度尺进行测量，填到下表中：计数点BCDEF位置（cm）1.322.754.446.228.12由读出数据可计算出打下AF段纸带时小车的平均速度为m/s（保留3位有效数字）。(3)打点计时器打下C点时小车的速度vC=m/s（保留3位有效数字）。【训练6】（2025·四川南充·高三月考）按要求完成下列各小题。(1)目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种，它们所接电源均为频率为Hz的交变电流，所以都是每隔0.02s打一个点，但前者所接交流电压为V，后者所接交流电压为V。操作流程是先后。(2)如图所示是一位同学用手拉动纸带通过电磁打点计时器打出的一条纸带，在纸带旁边附着一把毫米刻度尺，根据纸带上点的排列情况可判定，手拉动纸带时，手的运动速度怎样变化：；由O到A这段距离上手运动的平均速度为m/s，打B点时手拉动纸带的速度约为m/s。【训练7】（2024·四川内江·一模）某同学利用如图所示装置来探究小车的匀变速直线运动。(1)实验中，必要的措施是______。A．细线与长木板平行B．先释放小车再接通电源C．小车从距离打点计时器较远的位置释放D．将长木板的右端适当垫起，以平衡小车与长木板之间的摩擦力(2)实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条点迹清晰的纸带，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）。其中，x1=3.59cm，x2=4.41cm，x3=5.19cm，x4=5.97cm，x5【变式训练】（2024·河南·模拟预测）“筋膜枪”是利用内部电机带动“枪头”高频冲击肌肉，缓解肌肉酸痛的设备。某同学为了测量“枪头”的冲击频率，将带限位孔的塑料底板固定在墙面上，“枪头”放在限位孔上方，靠近并正对纸带，如图甲所示。启动筋膜枪，松开纸带，让纸带在重锤带动下穿过限位孔，“枪头”在纸带上打下系列点迹。更换纸带，重复操作。(1)实验时打出一条清晰的纸带，截取其中一段，测得相邻点迹间的距离如图乙所示，则纸带的（填“左”或“右”）端连接重锤；若取重力加速度大小为9.8m/s2，可计算出“枪头”的冲击频率为Hz，A点对应的速度为(2)该实验产生误差的主要原因是“枪头”在打点瞬间阻碍纸带的运动，这样会导致冲击频率的测量值（填“大于”“小于”或“等于”）实际值。考点二实验基础：误差分析与有效数字知识点1误差分析1.误差的定义：误差是实验测量值(包括直接和间接测量值)与真实值(客观存在的准确值)之差。2.偶然误差与系统误差偶然误差（1）纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。（2）用作图法作图时描点、画线不准确会引起误差，所以在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。系统误差（1）纸带运动时摩擦不均匀、打点不稳定会引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求（电压及频率）的交变电源。（2）木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。3.绝对误差与相对误差（分析数据时存在的误差概念）（1）绝对误差是测量值与真实值之差的绝对值。在直接用仪器测量某一物理量时，提高测量仪器的精度是减小绝对误差的主要方法。（2）相对误差等于绝对误差Δx与真实值x0之比，一般用百分数表示，η＝Δxx（3）绝对误差只能判别一个测量结果的精确度，比较两个测量值的准确度则必须用相对误差。知识点2有效数字(1)有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。(2)有效数字的位数：在一个数中，自左向右，从第一个不为零的数字起，到右边最末一位数字止(包括末位数为零的数字)，共有几个数字，就是几位有效数字。考向实验中误差分析与有效数字的运用例1（2025·四川成都·高三月考）在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法(1)通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔0.1s选取一个计数点，如图中A、B、C、D、E、F⋅⋅⋅所示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：OA=7.05cm，AB=7.68cm，BC=8.31cm，CD=8.95cm，DE=9.57cm，(2)若实验时交流电的频率大于50Hz，则加速度的测量值（选填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。(3)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条，滑块在牵引力作用下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光电门的时间Δt1=0.20s，通过第二个光电门的时间Δt2=0.05s例2（2024·四川成都·三模）在研究匀变速直线运动的实验中，小车拖着纸带通过打点计时器记录下的运动情况如图所示，图中0、1、2、3、4、5、6为连续选定的计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出，电源的频率为50Hz（1）在打下计数点2时小车的速度大小为ms（结果保留2位有效数字），根据实验数据可以判断在误差允许的范围内小车做匀加速直线运动，加速度大小为m（2）在此实验中，请写出两种减小误差的方法：。【训练1】（2025·四川凉山·高三期中）用如图所示装置研究小车做匀变速直线运动。(1)从实验装置看，实验小组用电磁打点计时器作为计时仪器，打点计时器接在电源频率为50Hz的交流电源上，它每隔(2)某同学在实验中轻推小车后获得一条纸带，如图所示，已知纸带左端与小车相连，根据纸带所打点迹特征，可知轻推小车后_____；A．小车在做加速运动 B．小车在做减速运动 C．小车在做匀速(3)改变钩码个数，重新打出一条纸带，每隔一个点取一个计数点，如图所示。将毫米刻度尺放置于纸带上，求打计数点3时小车运动的速度大小v3=ms，小车运动的加速度大小a=(4)如果当时电网中交变电流的频率达不到50Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值【训练2】（2025·四川南充·高三月考）在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。(1)某兴趣小组采用如图甲所示实验装置测量小车运动过程中的加速度，除图甲中所示的器材之外，还必须使用的是（）A．1.5V直流电B．220V交流电C．秒表D．毫米刻度尺E．弹簧测力计F．天平(2)图乙是物体做匀加速直线运动时，电火花打点计时器打出的一条纸带。图中A、B、C、D、E是按每隔4个点选一个计数点的方式选出的，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。请用尽量准确的方法，求出计数点C对应物体的瞬时速度vC=m/s，请采用逐差法求出物体运动过程中的加速度a=m/s(3)采用打点计时器做完实验后，通过示波器发现打点计时器电源的实际频率略高于50Hz，则第（2）问计算出的加速度与真实值相比（填“偏小”、“偏大”或“不变”）。(4)采用光电门同样可以测量物体的加速度。如图丙所示，滑块上安装了宽度为d的遮光条，滑块在牵引力作用下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光电门的时间为t1，通过第二个光电门的时间为t2，两个光电门之间的距离为L，试则滑块的加速度a=【训练3】（2025·四川宜宾·高三月考）(1)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学使用的是电火花打点计时器，则电源电压选择V；纸带应该放置于墨粉纸盘的（选填“上面”或“下面”）。(2)用打点计时器研究匀变速直线运动时，下列说法正确的是______（填正确答案标号）。A．使用打点计时器时，要先释放小车再接通电源B．释放小车时应尽量靠近打点计时器C．为减少误差，在用刻度尺测量纸带上两点间的距离时，应移动刻度尺分别测量每段长度D．用纸带上点求解某点的瞬时速度时，应选择临近该点的左右两个点间距求解(3)某同学得到一条用打点计时打下的纸带如图，并在其上取了A、B、C、D