實(shí)驗一測量做直線運(yùn)動物體的瞬時速度第一章運(yùn)動的描述勻變速直線運(yùn)動的研究目

錄CONTENTS夯實(shí)必備知識01研透核心考點(diǎn)02提升素養(yǎng)能力03夯實(shí)必備知識1原理裝置圖操作要求注意事項1.不需要平衡摩擦力。2.不需要滿足懸掛槽碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。1.按原理圖安裝好實(shí)驗裝置，打點(diǎn)計時器固定在長木板無滑輪的一端。2.細(xì)繩一端拴在小車上，另一端跨過滑輪掛上槽碼，紙帶穿過打點(diǎn)計時器固定在小車的后面。3.把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通電源后，釋放小車。4.斷開電源，取下紙帶。5.增減槽碼的質(zhì)量，按以上步驟再做兩次實(shí)驗。1.平行:細(xì)繩、紙帶與長木板平行。2.靠近:小車從靠近打點(diǎn)計時器的位置釋放。3.先后:先接通電源后釋放小車，先關(guān)閉電源后取下紙帶。4.防撞:在到達(dá)長木板末端前讓小車停止運(yùn)動，防止槽碼落地及小車與滑輪相撞。5.適當(dāng):懸掛的槽碼要適當(dāng)，避免紙帶上打出的點(diǎn)太少或過于密集。數(shù)據(jù)處理1.用“平均速度法”測速度瞬時速度沒法直接測量，因此根據(jù)極限的思想，可通過測量對應(yīng)的很短時間內(nèi)的平均速度來測瞬時速度。在公式v=中，當(dāng)Δt→0時v是瞬時速度。2.勻變速直線運(yùn)動的速度測量在勻變速直線運(yùn)動中，某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度，故打第n個點(diǎn)時紙帶的瞬時速度為vn=。3.記錄小車在幾個時刻的瞬時速度，在直角坐標(biāo)系中作出v－t圖像。小車運(yùn)動的v－t圖像是一條傾斜的直線，可以得出結(jié)論:小車的速度隨時間均勻變化。研透核心考點(diǎn)2考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗

2.利用紙帶求物體加速度的兩種方法

例1

某班同學(xué)利用如圖甲所示裝置“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”，電火花計時器使用的是頻率為50Hz的交流電源。(1)電火花計時器的工作電壓為

(選填“8V”或“220V”)。安裝紙帶時，需要將紙帶置于

(選填“復(fù)寫紙”或“墨粉紙盤”)的

(選填“上方”或“下方”)。

解析

電火花計時器的工作電壓為220

V，安裝紙帶時，應(yīng)將紙帶置于墨粉紙盤的下方。答案

220V墨粉紙盤下方(2)下列說法中正確的是

。

A.實(shí)驗時，先釋放紙帶，再接通電源B.實(shí)驗時，先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放紙帶C.實(shí)驗時，先接通電源或先釋放紙帶都可以D.紙帶上打點(diǎn)越密集說明紙帶運(yùn)動速度越大解析

實(shí)驗中為了在紙帶上打出更多的點(diǎn)，具體操作中要求先接通打點(diǎn)計時器的電源然后釋放小車，故A、C錯誤，B正確;紙帶上打點(diǎn)越密集，說明紙帶的運(yùn)動速度越小，故D錯誤。答案

B(3)第1個實(shí)驗小組所得紙帶上打出的部分計數(shù)點(diǎn)如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)，圖中未畫出)。x1=3.59cm，x2=4.41cm，x3=5.19cm，x4=5.97cm，x5=6.78cm，x6=7.64cm。則小車的加速度a=

m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計時器在打B點(diǎn)時小車的速度vB=

m/s(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。

答案

0.80

0.40

(4)第2個實(shí)驗小組計算出所得紙帶上各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度后，在坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)如圖丙所示，請根據(jù)這些點(diǎn)在圖丙中作出v－t圖像，并根據(jù)圖像計算出小車運(yùn)動的加速度a=

m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

解析

觀察這些點(diǎn)大致落在一條直線上，所以將這些點(diǎn)連成一條直線，如圖所示。

答案

見解析圖1.53(1.52~1.54均可)跟蹤訓(xùn)練1.(2025·廣東廣州模擬)如圖甲所示的實(shí)驗裝置“測量小車做直線運(yùn)動的瞬時速度”，完成下列相關(guān)內(nèi)容:(1)下列實(shí)驗要求或操作，正確的有

(填正確答案標(biāo)號)。

A.必須使用交流電源B.鉤碼質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量C.必須傾斜長木板以平衡小車所受到的阻力D.小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器釋放E.先接通電源，再釋放小車(2)圖乙是某次實(shí)驗中一條紙帶上截取的一段，在連續(xù)打出的點(diǎn)上依次標(biāo)記a、b、c、d四個點(diǎn)，則c點(diǎn)的讀數(shù)為

cm。已知打點(diǎn)計時器每隔0.02s打一個點(diǎn)，則在打下c點(diǎn)時，小車的瞬時速度為

m/s(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(3)另一位同學(xué)更換重物后，用下述方法計算小車運(yùn)動的加速度。在紙帶上依次取O、A、B、C、D、E、F若干個計數(shù)點(diǎn)，每兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，如圖丙所示。相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的距離分別是OA=7.05cm、AB=7.68cm、BC=8.31cm、CD=8.95cm、DE=9.57cm、EF=10.20cm。則小車的加速度a=

m/s2(保留3位有效數(shù)字)。

答案

(1)ADE

(2)7.4

0.625

(3)0.630解析

(1)根據(jù)打點(diǎn)計時器的工作原理可知實(shí)驗裝置需要使用交流電源，故A正確;在“測量小車做直線運(yùn)動的瞬時速度”的實(shí)驗中不需要平衡摩擦力，也不需要考慮繩上的拉力是否近似等于重力，所以不需要鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，故B、C錯誤;為了能多打出一些點(diǎn)便于數(shù)據(jù)處理，小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，故D正確;實(shí)驗中應(yīng)先接通電源，再釋放小車，故E正確。

考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗1.高考啟示

高考實(shí)驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景。因此，要在夯實(shí)教材實(shí)驗的基礎(chǔ)上注意遷移和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗的原理、方法和技巧處理新問題。2.情景拓展(1)實(shí)驗器材及速度的測量方法的改進(jìn)(2)獲得加速度方法的改進(jìn)長木板傾斜，靠小車的重力獲得加速度(如圖甲、乙所示)

靠重物的拉力獲得加速度。(3)計時方法的改進(jìn)采用頻閃照相法和滴水法獲得兩點(diǎn)間的時間間隔

打點(diǎn)計時器。例2

(2023·全國甲卷，23)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗裝置探究物體做直線運(yùn)動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連，右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運(yùn)動，打點(diǎn)計時器打出紙帶。某次實(shí)驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。(b)

位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30(cm/s)66.073.087.394.6(b)

答案

24.00

80.0

(c)解析

將坐標(biāo)點(diǎn)(0.3

s，80.0

cm/s)在圖中描點(diǎn)，如圖所示。答案見解析圖所示

(b)

答案

70.0

59.0

(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動，得到打出A點(diǎn)時小車的速度大小vA=

，小車的加速度大小a=

(結(jié)果用字母k、b表示)。

(b)

答案

b

2k例3

(2024·浙江金華模擬)某實(shí)驗小組利用如圖甲所示的實(shí)驗裝置來探究滑塊做直線運(yùn)動的快慢問題?；瑝K上的左右端各有一個完全一樣的遮光板。光線被遮光板遮擋時，傳感器會輸出高電壓。如圖丙所示，用游標(biāo)尺測量遮光板的寬度d=

mm。掛上鉤碼后，將滑塊由如圖甲所示的位置釋放，滑塊在細(xì)線的牽引下向左做直線運(yùn)動，遮光板1、2分別經(jīng)過光電傳感器時，通過光電傳感器和計算機(jī)得到的圖像如圖乙所示，若t1、t2、t3、t4和d已知，則遮光板2在經(jīng)過光電傳感器過程中的平均速度為

(用已知量的字母表示)。

跟蹤訓(xùn)練2.為了測定斜面上小車下滑的加速度，某實(shí)驗小組利用DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗，如圖所示。當(dāng)裝有寬度為d=2cm的遮光條的小車經(jīng)過光電門時，系統(tǒng)就會自動記錄擋光時間，并由相應(yīng)軟件計算遮光條經(jīng)過光電門的平均速度來表示瞬時速度。某次實(shí)驗中，小車從距離光電門中心為L處由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間為T=0.04s。(1)計算經(jīng)過光電門時小車的速度為

m/s。

(2)試寫出計算小車下滑的加速度a的表達(dá)式

(用d、T和L表示)。

(3)若L=0.5m，則小車下滑的加速度為

m/s2。

(4)測量計算出來的加速度比真實(shí)的加速度

(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。

提升素養(yǎng)能力31.[2023·浙江1月選考，16(1)]在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗中，實(shí)驗裝置如圖所示。(1)需要的實(shí)驗操作有

(多選);

A.調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行B.傾斜軌道以平衡阻力C.小車靠近打點(diǎn)計時器靜止釋放D.先接通電源再釋放小車(2)經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖所示。選取連續(xù)打出的點(diǎn)0、1、2、3、4為計數(shù)點(diǎn)，則計數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為

cm。已知打點(diǎn)計時器所用交流電源的頻率為50Hz，則打計數(shù)點(diǎn)2時小車的速度大小為

m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案

(1)ACD

(2)2.75(2.70~2.80均可)

1.48(1.45~1.50均可)解析

(1)實(shí)驗需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行，A正確;該實(shí)驗只要使得小車加速運(yùn)動即可，不需要傾斜軌道平衡阻力，B錯誤;為了充分利用紙帶，則小車靠近打點(diǎn)計時器靜止釋放，先接通電源再釋放小車，C、D正確。

2.(2024·上海徐匯模擬)采用光電門傳感器測量速度時，實(shí)驗裝置如圖(a)所示，光電門傳感器固定在導(dǎo)軌上，使固定有擋光片的小車沿傾斜導(dǎo)軌下滑。 (1)更換寬度Δx不同的擋光片，每次由同一位置靜止釋放

小車，將擋光時間Δt記錄在表格內(nèi)。其中擋光時間最短

的應(yīng)是序號

，平均速度最小的應(yīng)是序號

，擋光片前緣經(jīng)過光電門時的瞬時速度最接近序號

的平均速度。

實(shí)驗序號1234擋光片寬度Δx/cm6421擋光時間Δt/s

平均速度v/(m·s－1)

(2)將表中平均速度v和擋光時間Δt的數(shù)據(jù)繪制成v－Δt圖像，經(jīng)計算機(jī)擬合得到的函數(shù)關(guān)系如圖(b)所示。則小車運(yùn)動的加速度a=

m/s2(保留3位有效數(shù)字)，圖像截距0.8211的物理含義是:

。

答案

(1)4

4

4

(2)1.33擋光片前緣經(jīng)過光電門時的瞬時速度解析

(1)由于速度與通過光電門的時間的乘積為擋光片的寬度，由題中數(shù)據(jù)可知其中擋光時間最短的應(yīng)是序號4;由圖可知，平均速度最小的應(yīng)是序號4;擋光片通過光電門的時間越短，測得的平均速度越接近擋光片前緣經(jīng)過光電門時的瞬時速度，則擋光片前緣經(jīng)過光電門時的瞬時速度最接近序號4的平均速度。

3.(2025·重慶巴蜀中學(xué)期末)某實(shí)驗小組用圖甲所示的裝置“研究勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律”，實(shí)驗步驟如下:①在斜面上靠近底端的適當(dāng)位置A處安裝光電門，連接數(shù)字毫秒計，并確保小球在斜面上運(yùn)動時球心可以通過光電門發(fā)射孔與接收孔的連線;②用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑d;③將小球從斜面上適當(dāng)位置B處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計中讀出小球通過光電門的擋光時間Δt;④通過固定在斜面上的刻度尺測出A、B之間的距離l;⑤改變小球釋放位置，重復(fù)步驟③④，完成多次測量并記錄數(shù)據(jù)。

4.(2025·黑龍江大慶模擬)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗裝置探究物體做直線運(yùn)動時速度平方與位移的關(guān)系。小車左端和紙帶相連，右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運(yùn)動，打點(diǎn)計時器打出紙帶。某次實(shí)驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。

位移區(qū)間ABACADAEAFx(cm)10.522.0xAD48.062.5速度平方BCDE

v2(m2/s2)vB21.441.691.96

(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度v2隨位移x的變化關(guān)系，如圖(c)所示。(3)從實(shí)驗結(jié)果可知，小車運(yùn)動的v2－x圖線可視為一條直線，此直線用方程v2=kx+b表示，其中k=

m/s2，b=

m2/s2(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。

(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動，則打出A點(diǎn)時小車速度大小vA=