高考物理一轮复习课件 第6课时　实验1：探究小车速度随时间变化的规律

第一章运动的描述匀变速直线运动第6课时实验1：探究小车速度随时间变化的规律【复习定位】

1.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。2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。CONTENTS目录页1技能储备基础落实2关键能力阶梯突破3课时作业技能储备基础落实返回目录

操作要领(1)按照实验原理图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。(3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车。(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。(5)换纸带重复实验3次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析二、数据处理方法三、实验误差和注意事项误差分析(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注意事项(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。(2)先后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带。(3)防撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞。(4)位置：小车从靠近打点计时器位置释放。(5)适当：钩码要适当，纸带上的点不能太少或过于密集。(6)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。(7)作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大)，应作一条直线，让尽量多的点落到这条直线上，落不到直线上的点应均匀分布在直线的两侧关键能力阶梯突破返回目录考点一教材原型实验【例1】在用打点计时器研究小车做匀变速直线运动的实验中，某同学打出的一条纸带如图所示。已知打点计时器每隔0.02

s打一个点，他以0点为起点，以后每5个点取一个计数点，依次标为1、2、3、4、5、6，并且测得s1＝1.40

cm，s2＝1.90

cm，s3＝2.39

cm，s4＝2.89

cm，s5＝3.40

cm，s6＝3.90

cm(计算结果均保留3位有效数字)。(1)该实验使用了电火花计时器，关于电火花计时器的使用，下列说法正确的是

C

。A．电火花计时器使用的是8

V左右的直流电源B．在实验操作中，先让小车运动，后接通电源C．在同一纸带上打的点越密，说明小车运动的速度越小解析

电火花计时器使用的是220

V的交流电源，故A错误；为了避免纸带上出现大量的空白段落，在实验操作中，先接通电源，后让小车运动，故B错误；由于打点时间间隔相同，在同一纸带上打的点越密，相邻点迹位移越小，则说明小车运动的速度越小，故C正确。C(2)根据题中所给的数据算出打计数点5时小车的瞬时速度v5＝

0.365

m/s。(3)根据题中所给的数据算出小车的加速度为a＝

0.500

m/s2。

0.365

0.500考点二实验拓展与创新1．实验装置的创新用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器、手机录像代替打点计时器。通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度。【例2】(2023·全国甲卷)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。

解析根据第(1)小题结果补全实验点如图甲所示。

(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点时小车的速度大小vA＝

b

，小车的加速度大小a＝

2k

。(结果用字母k、b表示)b2k1．为了测定斜面上小车下滑的加速度，某实验小组利用DIS(数字化信息系统)技术进行实验，如图所示。当装有宽度为d＝2

cm的遮光条的小车经过光电门时，系统就会自动记录挡光时间，并由相应软件计算遮光条经过光电门的平均速度，并由此平均速度来表示小车经过光电门时的瞬时速度。某次实验中，小车从距离光电门中心为L处由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间为T＝0.04

s。(1)计算经过光电门时小车的瞬时速度为

0.5

m/s。

0.5(3)若L＝0.5

m，则小车下滑的加速度为

0.25

m/s2。解析

由(2)中的表达式，代入数据可以得到a＝0.25

m/s2。(4)测量计算出来的加速度比真实的加速度

偏小

(填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析

由于光电门测速度只是测量平均速度，在匀变速直线运动中，平均速度与中间时刻的瞬时速度相等，却又小于中间位置的瞬时速度，而在测量位移L时，测的是光电门中间位置与遮光条之间的距离，大于中间时刻所在位置与遮光条之间的距离，所以测量计算出来的加速度比真实的加速度偏小。

0.25偏小2．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，实验装置如图甲所示。(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

小钢球

。解析

小钢球受到的空气阻力相比其重力很小，可近似认为做自由落体运动，故选小钢球。小钢球(2)下列主要操作步骤的正确顺序是

①③④②。(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手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置④打开手机摄像功能，开始摄像解析

安装好器材后，先固定手机调好镜头位置，再打开手机摄像功能进行摄像，最后由静止释放小球，故顺序是①③④②。①③④②

(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，

仍能

(填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。解析

释放时手晃动，导致小球的运动偏离了竖直方向，但在小球下落过程中，小球竖直分运动仍然是加速度为重力加速度g的运动，故仍能用(3)问的方法测出重力加速度。仍能课时作业返回目录1．(2023·浙江1月选考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示。(1)需要的实验操作有

ACD(多选)。A．调节滑轮使细线与轨道平行B．倾斜轨道以补偿阻力C．小车靠近打点计时器静止释放D．先接通电源再释放小车解析

实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，选项A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道补偿阻力，选项B错误；为了充分利用纸带，则小车靠近打点计时器静止释放，选项C正确；实验需要先接通电源再释放小车，选项D正确。ACD(2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为

2.75

cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50

Hz，则打计数点2时小车的速度大小为

1.47

m/s(结果保留3位有效数字)。

2.75

1.472．某同学利用图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中必要的措施是

AB。A．长木板上方的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

长木板上方的细线必须与长木板平行，故A正确；实验中应先接通电源再释放小车，故B正确；该实验测量速度随时间的变化，所以不需要小车的质量远大于钩码的质量，也不需要平衡摩擦力，故C、D错误。AB(2)该同学实验时将打点计时器接到工作频率为50

Hz的交流电源上，得到一条纸带，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个点未画出)。x1＝0.96

cm，x2＝2.88

cm，x3＝4.80

cm，x4＝6.72

cm，x5＝8.64

cm，x6＝10.56

cm。则小车的加速度a＝

1.92

m/s2，打点计时器在打F点时小车的速度vF＝

0.960

m/s。(结果均保留3位有效数字)

1.92

0.960

3．某实验小组用如图甲所示的装置研究物体做匀变速直线运动的规律。(1)将木板水平固定在桌面上，在木板上装有两个光电门1、2，测得两光电门间的距离L＝0.250

m，用游标卡尺测出遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d＝

5.4

mm。解析

根据题图乙可知，遮光片的宽度d＝5

mm＋4×0.1

mm＝5.4

mm。(2)绕过木板左端定滑轮的细线的一端连在装有遮光片的物块上，另一端吊着装有沙的沙桶，将物块先固定在木板右侧；调节定滑轮高度，使连接物块的细线与木板平行。

5.4(3)释放物块，物块上的遮光片通过光电门1、2时的遮光时间分别为t1＝2.16×10-2

s，t2＝5.40×10-3

s，则遮光片通过光电门1的速度大小为

0.25

m/s；物块运动的加速度大小为

1.88

m/s2(结果均保留2位小数)。

0.25

1.884．某小组用如图甲所示的装置测量重力加速度，实验过程如下：①用游标卡尺测出小球直径d，测量结果如图乙所示；②将铁架台竖直架稳，将电磁铁和与光电计时器相连的光电门自上而下依次固定，调节电磁铁的位置，使小球由静止释放后球心恰好能通过光电门中心；③将毫米刻度尺竖直固定在铁架台上，使被电磁铁吸住的小球球心与刻度尺0刻度线恰好对齐，读取并记录光电门中心对应的刻度尺读数l；④断开电磁铁电源，小球下落，读取光电计时器记录下的挡光时间t；⑤调整光电门高度，重复实验。请回答下列问题：(1)小球直径d＝

1.050

cm。解析

游标卡尺为20分度，精度为0.05

mm，故根据游标卡尺的读数规则可知小球直径为d＝10

mm＋10×0.05

mm＝10.50

mm＝1.050

cm。

1.050(3)若实验中操作不当，导致小球下落过程球心并没有通过光电门中心，光电计时器仍记录下了挡光时间，则该操作会导致测得的重力加速度值

偏大

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析

小球下落过程球心并没有通过光电门中心，光电计时器仍记录下了挡光时间，挡光的距离小于小球直径，挡光时间小于t，故该操作会导致测得的重力加速度值偏大。偏大5．(2024·广东广州统考期末)某同学用如图甲所示的装置研究小车做直线运动的规律，实验步骤如下：①将小车放在长板的P位置，让小车从P位置由静止开始下滑，通过计算机可得到小车与位移传感器间距离随时间变化的x-t图像如图乙所示，并求出小车的加速度a；②改变长板的倾角，重复步骤①。请回答下列问题：(1)本实验

不需要

(选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的摩擦力。解析

本实验研究小车做直线运动的规律，不需要求小车所受的合外力，即不需要平衡小车所受到的摩擦力。(2)分析图乙中的x、t数据可知，小车在相邻相等时间内的位移差为

2.60

cm，可得小车的加速度大小为

2.60

m/s2(计算结果保留2位小数)。不需要

2.60

2.606．(2022·辽宁卷)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

刻度尺

(填“天平”或“刻度尺”)。解析

该实验测量重力加