第04講實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律目錄01模擬基礎(chǔ)練【題型一】實驗原理的理解與有效數(shù)字、逐差法的應(yīng)用【題型二】其他方法求加速度【題型三】數(shù)據(jù)的處理【題型四】重力加速度的測量02重難創(chuàng)新練【題型一】實驗原理的理解與有效數(shù)字、逐差法的應(yīng)用1．在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”實驗中：

（1）某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置進(jìn)行試驗，平衡摩擦力。（選填“需要”或“不需要”）（2）甲同學(xué)在實驗中得到如圖所示的一條紙帶（兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出），已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出第4個計數(shù)點的瞬時速度為m/s，小車的加速度為（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。2．在研究勻變速直線運動規(guī)律實驗中打出的紙帶如圖所示，每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。點A對準(zhǔn)刻度尺0刻線，從刻度尺上讀出BCDE到A點距離備用，其中AD兩點間距cm，用讀出的數(shù)據(jù)求打出C點時紙帶的速度大小為m/s（保留3位有效數(shù)字）；紙帶運動的加速度大小為a=（保留2位有效數(shù)字）。3．某小組利用如圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。（1）實驗器材有一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、電火花打點計時器、導(dǎo)線和復(fù)寫紙。除上述器材外，還需要使用的有（填選項前字母）。A．交流電源

B．交流電源

C．秒表

D．刻度尺（2）小組通過實驗得到了如圖乙所示的一條紙帶（每兩個相鄰計數(shù)點間還有4個點沒有畫出來），相鄰兩個計數(shù)點間的距離已在圖中標(biāo)出。①根據(jù)連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的基本相等，可認(rèn)為小車做勻變速直線運動。②已知交流電源的頻率為，則在打下C點時小車的速度大小為（保留三位有效數(shù)字），小車運動的加速度大小為（保留兩位有效數(shù)字）?！绢}型二】其他方法求加速度4.利用圖甲裝置可以測量滑塊的加速度。氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處裝有兩個光電傳感器1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為M，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連?；瑝K在細(xì)線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器1、2時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖像。（1）實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，計算機屏幕上顯示的電壓U隨時間t變化的圖像如圖乙所示，則要將氣墊導(dǎo)軌右側(cè)（調(diào)低或調(diào)高）。（2）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d=mm；（3）若圖乙是正確操作所得圖像，則滑塊運動的加速度大小a=（用題干已知物理量和測得物理量的字母符號表示）。5.在高中階段，我們學(xué)習(xí)了多種測量物體加速度的方法。(1)通過打點計時器，可以測量小車的加速度。實驗裝置如圖所示。通過實驗得到了一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O（），然后每隔選取一個計數(shù)點，如圖中A、B、C、D、E、F所示。某同學(xué)測量了相鄰兩計數(shù)點間的距離：，，，，，，請計算該小車的加速度（保留小數(shù)點后兩位）(2)通過光電門，同樣可以測量物體的加速度。如圖，滑塊上安裝了寬度為的遮光條，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字計時器記錄了遮光條通過第一光電門的時間，通過第二個光電門的時間，遮光條從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間，試估算滑塊的加速度（保留兩位有效數(shù)字），該估算值與真實值相比（選填“偏大”、“偏小”或“相同”）(3)頻閃照片也是一種測量加速度的方法。在暗室中，照相機的快門處于常開狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時間發(fā)出一次短暫的強烈閃光，照亮運動的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個閃光時刻的位置。某時刻，將一小球從O點由靜止釋放，頻閃儀每隔閃光一次。以O(shè)點為原點，豎直向下為正方向建立坐標(biāo)軸，并測量各時刻的位置坐標(biāo)、、。下圖是小球自由下落時的部分頻閃照片示意圖，照片中的數(shù)字是小球下落的距離（單位：cm）。小崔同學(xué)為了減小偶然誤差，他建議做圖，把實驗數(shù)據(jù)代入（如，；，），得到一條過原點的直線，再通過該直線的斜率得到加速度。請問該方案是否可行？如果可行，請求出加速度的值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；如果不可行，請說明原因?！绢}型三】數(shù)據(jù)的處理----圖像法6.（2024·遼寧·二模）某同學(xué)用如圖甲所示的裝置研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系，斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門B固定在斜面上靠近底端處，光電門A的位置可移動，帶有遮光條的小車（遮光條寬度很窄）每次從同一位置由靜止釋放，小車所受摩擦力為一常量，由光電傳感器測出小車從光電門A到光電門B的時間t，用米尺測出兩光電門中心間的距離L，求出小車從光電門A到光電門B的平均速度；通過多次改變光電門A的位置，得到多組數(shù)據(jù)，繪制的圖像如圖乙所示。(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用表示小車到達(dá)光電門B時滑塊的瞬時速度大小，則與、a和t的關(guān)系式為。(2)由圖乙可求得，（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。7.用圖（甲）所示的實驗裝置來測量勻變速直線運動的加速度。(1)實驗的主要步驟：①安裝實驗裝置；②測量擋光片的寬度d；③用刻度尺測量擋光片的中心A點到光電門中心所在位置B點之間的水平距離x；④滑塊從A點靜止釋放（已知砝碼落地前擋光片已通過光電門）；⑤讀出擋光片通過光電門所用的時間t，由此可知滑塊的加速度表達(dá)式為a=；（用測量的物理量：d、x、t字母表示）。⑥用以上方法測量計算出來的加速度比真實的加速度（選填“偏大”“偏小”或“相等”）⑦用游標(biāo)尺上有10個小格的游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d，結(jié)果如下圖乙所示，可讀出其讀數(shù)為cm。(2)根據(jù)以上實驗測得的數(shù)據(jù)，以x為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙中作出圖線如圖丙所示，再利用⑦測得的d值，求得該物體的加速度是（本題計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【題型四】重力加速度的測量8.某實驗小組利用如圖甲所示的裝置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。主要實驗步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d；②用手托住滑塊，使其保持靜止，測出遮光片至光電門的距離x、墊塊的厚度h、氣墊導(dǎo)軌左端到墊塊左端的距離L；③接通氣泵，將滑塊由靜止釋放；④記錄遮光片經(jīng)過光電門的時間t；⑤改變滑塊的位置，多次記錄遮光片至光電門的距離x和遮光時間t；⑥以x為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，描點連線，得到一條過原點的正比例函數(shù)圖像；⑦計算得到解析式。(1)遮光片的寬度cm。(2)某次實驗中測得，則遮光片通過光電門時的速度大小為m/s（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。(3)實驗所測當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋ㄓ妙}中所給或所測物理量的字母表示）。9.某興趣小組利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度。鐵架臺豎直放置，上端固定電磁鐵M，A、B為位置可調(diào)節(jié)的光電門，均與數(shù)字計時器N相連。實驗步驟如下：①接通M的開關(guān)，吸住小球；②將A固定在小球下方某一位置，調(diào)節(jié)B的位置并固定，測出A和B之間的距離h1；③斷開M的開關(guān)，小球自由下落，記錄小球從A到B的時間，重復(fù)測量3次對應(yīng)于h1的時間，平均值為t1；④保持A位置不變而改變B的位置并固定，測出A和B之間的距離h2，重復(fù)測量3次對應(yīng)于h2的時間，平均值為t2。完成下列問題：(1)本實驗所用器材有；鐵架臺、電源電磁鐵、光電門、數(shù)字計時器，小球和（填入正確選項前的字母）。A．天平

B．刻度尺

C．游標(biāo)卡尺(2)重力加速度大小可表示為g=（用h1、t1、h2、t2表示）。(3)另一組同學(xué)也利用該裝置測量重力加速度，如果實驗過程中保持B的位置不變而改變A的位置，那么該組同學(xué)（填“能”或“不能”）正確測得重力加速度。10．一種用于測量重力加速度的裝置如圖所示，透明塑料板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶（寬度用d表示）。實驗時將塑料板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時間間隔。(1)該同學(xué)測得遮光帶的寬度為4.50cm，記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示。編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶…s73.0438.6730.00…根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；(2)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔分別為和，則重力加速度（用d、和表示）；(3)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，請寫出一條可能的原因：。1．某探究小組同學(xué)為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（a）所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器滴下小水滴的時間間隔相等，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器滴水的時間間隔為0.5s）（1）由圖（b）可知，小車在桌面上是運動的。A．從右向左

B．從左向右（2）該小組同學(xué)根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速直線運動。小車運動到圖（b）中A點位置時的速度大小為m/s，加速度大小為m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）2．曉宇同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究物體做勻變速直線運動的規(guī)律，實驗時將長木板的左端適當(dāng)墊高，將光電門固定在長木板的下端，帶有遮光條的滑塊由適當(dāng)高度處無初速釋放，滑塊經(jīng)過光電門時，遮光條的擋光時間為。為了減小實驗誤差，曉宇同學(xué)進(jìn)行了多次測量，然后求平均值。(1)實驗時，曉宇同學(xué)用十分度的游標(biāo)卡尺測量了遮光條的寬度，其示數(shù)如圖乙所示，則遮光條的寬度cm。(2)滑塊經(jīng)過光電門時，滑塊的速度大小為。（用以上測量的物理量表示）(3)某次測量時，滑塊的釋放點到光電門的間距為L，則滑塊沿長木板下滑時的加速度大小為。（用以上測量的物理量表示）3．某實驗小組為測量某紅雙喜乒乓球底板的反彈速度衰減率：，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。實驗過程如下：①測得乒乓球直徑為D；②兩面不帶膠皮的乒乓球底板水平固定在鐵架臺底部，調(diào)節(jié)光電門的高度，使光電門中心到底板上表面的距離略大于乒乓球直徑，同時調(diào)節(jié)光電門的水平位置，讓乒乓球從釋放裝置由靜止釋放后，下落和反彈過程中均能通過光電門；③某次實驗時，記錄乒乓球在第一次下落和第一次反彈過程中通過光電門的遮光時間分別為t1、t2。(1)實驗時，應(yīng)（選填“先通電再釋放乒乓球”或“先釋放乒乓球再通電”）。(2)若用乒乓球通過光電門的速度近似表示乒乓球與底板碰撞前、后的速度，請用題中所給字母，寫出乒乓球第一次與底板碰撞前、后的速度表達(dá)式：，。(3)在（2）的條件下，本次實驗測量的衰減率表達(dá)式：η=×100%。（用t1、t2表示）4某學(xué)習(xí)小組在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗后，利用頻閃照相研究小車從斜面上滑下的運動。如圖甲所示，將小車從斜軌上由靜止釋放，用頻閃相機從小車運動的側(cè)面進(jìn)行照相，頻閃儀的頻率為10Hz，得到如圖乙所示的照片。根據(jù)照片測得，，，。(1)根據(jù)以上信息，可求得小車運動到位置A處時的速度大小，小車運動過程中的加速度大小（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）；(2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可推知，小車在O點的速度（填“為零”或“不為零”）。如果當(dāng)時頻閃儀的頻率為12Hz，而做實驗的同學(xué)們并不知道，那么測得的加速度與真實值相比（填“偏大”“偏小”或“不變”）。5．小明同學(xué)利用頻閃相機來探究摩托車的運動規(guī)律。從某時刻（）開始的一段時間內(nèi)，該摩托車可視為沿直線運動，每隔0.5s測量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如下表所示：t/s00.51.01.52.02.53.03.54.0x/m00.461.242.343.765.507.569.9412.64根據(jù)表格內(nèi)容可知（計算結(jié)果均保留兩位小數(shù)）：（1）由表格數(shù)據(jù)可判斷摩托車近似做勻加速直線運動，理由是。（2）當(dāng)時，摩托車的速度大小為m/s。（3）摩托車的加速度大小為。6．如圖是用DIS測定小車的加速度的實驗裝置。（1）A是分體式位移傳感器的器部分。（2）實驗獲得的v-t圖如圖所示，是一輛從斜面下滑的小車運動的v-t圖，由圖可知，小車在AB段的運動可以近似地看作運動，小車在AB段的加速度大小為m/s2，小車在AB段的位移大小為m。7．（1）用DIS實驗研究小車位移和時間的關(guān)系時，將位移傳感器的部分固定在小車上部分固定在軌道右端，并將它與相連。實驗中得到如圖所示的圖線，則AB段的平均速度大小為m/s。（2）瞬時速度是一個重要的物理概念，實驗中通常只能通過的實驗方法來近似測量，這是因為在實驗中無法實現(xiàn)或趨近零。為此設(shè)計如下實驗來研究物體的瞬時速度。如圖所示，在A處放置一光電門，讓載有擋光片（寬度為）的小車從P點靜止下滑，記錄下?lián)豕馄?jīng)過A點所經(jīng)歷的時間。改用不同寬度的擋光片重復(fù)上述實驗，用公式計算出不同寬度的擋光片從A點開始在各自區(qū)域內(nèi)的，并作出圖如下圖所示，并由此可以精確求得瞬時速度。在以上實驗的基礎(chǔ)上，請繼續(xù)完成下列實驗任務(wù)：（a）依據(jù)圖，簡述與之間具有怎樣的關(guān)系；（b）依據(jù)實驗圖線，結(jié)合實驗原理，推導(dǎo)出圖線所滿足的函數(shù)式；（c）根據(jù)圖線所滿足的函數(shù)式，求出擋光片經(jīng)過A點時精確的瞬時速度；（d）指出實驗操作須注意和主要事項。8.（1）用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度。如圖甲所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為，通過第二個光電門的時間為，已知遮光板的寬度為，滑塊通過第二個光電門的速度大小為m/s（保留兩位有效數(shù)字）。（2）為了監(jiān)控車輛是否超速，交通部門常用測速儀來檢測。測速原理如圖乙所示，測速儀前后兩次發(fā)出并接收超聲波信號，再根據(jù)兩次信號的時間差，測出被測車輛的速度。如果某次檢測一輛勻速運動的汽車的車速時，第一次從發(fā)出至收到超聲波信號用了0.3s，第二次從發(fā)出至收到超聲波信號用了0.6s，兩次信號發(fā)出的時間間隔是1.55s，則測得汽車的速度為m/s（假設(shè)超聲波的速度為340m/s，且大小保持不變）9.小華利用如圖甲所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。先將木板左端墊高，以補償打點計時器對小車的阻力及其他阻力。然后小車右端用細(xì)繩跨過定滑輪和一個鉤碼相連，鉤碼下落，帶動小車運動。（1）補償阻力時，小車左端（選填“需要”或“不需要”）和紙帶相連。（2）實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙所示，圖中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s。以打出A點時小車位置為初始位置，得到位移AB、AC、AD、AE、AF平均速度如下表：位移區(qū)間ABACADAEAF0.10.20.30.40.566.073.080.087.394.6請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在方格紙上補全實驗點，作出圖線。（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的圖線可視為一條直線，從圖線可得到打出A點時小車速度大小cm/s。（4）設(shè)圖線的斜率為k，可得到小車的加速度大小。