第一章運動的描述勻變速直線運動的研究實驗一

探究小車速度隨時間變化的規(guī)律考點一教材原型實驗01單擊此處添加章節(jié)副標題1.

實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、槽碼、_________、導線、______電源．2.

實驗過程(1)按照實驗裝置，把打點計時器固定在長木板_________的一端，接好電源．(2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面．(3)把小車停在靠近打點計時器處，先____________，后____________.(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶．(5)更換紙帶重復實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量、分析．刻度尺交流無滑輪接通電源放開小車3.

數(shù)據(jù)處理(1)求小車的速度與加速度③

利用速度－時間圖像求加速度a．作出速度－時間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度．b．剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度．(2)依據(jù)紙帶判斷小車是否做勻變速直線運動①

x1、x2、x3、…、xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離．②Δx是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…③

若Δx等于恒量(aT2)，則說明小車做勻變速直線運動．④Δx＝aT2，只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差就一定相等．4.

注意事項(1)平行：紙帶、細繩要與長木板平行．(2)兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙帶．(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止槽碼落地及小車與滑輪相撞．(4)減小誤差：小車的加速度應(yīng)適當大些，可以減小長度測量的相對誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6、7個計數(shù)點為宜．(5)小車從靠近打點計時器位置釋放．5.

誤差分析(1)紙帶運動時摩擦力不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差．(2)計數(shù)點間距離的測量有偶然誤差．(3)作圖有誤差．典例1某同學利用如圖所示裝置探究小車做勻變速直線運動的規(guī)律．(1)請在下列實驗器材中，選出本實驗不需要的器材_________(填編號)．①

電火花計時器②

天平③

低壓交流電源④

細線和紙帶⑤

砝碼、托盤和小車⑥

刻度尺⑦

秒表⑧

一端帶有滑輪的長木板②③⑦(2)安裝好實驗裝置后，按照正確的實驗操作，紙帶被打出一系列點，其中一段如下圖所示，可知紙帶的____(填“左”或“右”)端與小車相連．(3)上圖中O、A、B、C、D、E、F為相鄰的計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，則小車運動的加速度大小為_____m/s2.打下E點時小車的瞬時速度大小為_____m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)

(4)如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210V，頻率不變，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值______(填“偏大”“偏小”或“不變”)．左2.001.10不變(5)實驗結(jié)束后，甲、乙兩組同學分別把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條，再把這些紙條下端對齊，并排貼在一張紙上，得到如圖甲、乙所示的兩幅圖．由圖可知____組實驗過程中小車的加速度大，判斷依據(jù)是__________________________.甲紙條上邊緣中點連線斜率大【解析】(1)探究小車做勻變速直線運動的規(guī)律不需要知道小車及砝碼的質(zhì)量，所以不需要天平．電火花計時器有計時的功能，用的是220V交流電源，故不需要低壓交流電源和秒表．(2)小車釋放后速度變大，相等時間內(nèi)的位移越來越大，所以是紙帶左端和小車相連．(4)交變電流的頻率不變，則相鄰兩個點的時間不變，所以加速度不會變化．考點二創(chuàng)新拓展實驗02單擊此處添加章節(jié)副標題1.

實驗器材的改進及速度的測量方法(如圖)2.

獲得加速度方法的改進靠重物的拉力獲得加速度―→長木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖所示．3.

用頻閃照相的方法、滴水法或光電計時器代替打點計時器．(1)頻閃照相法(2)滴水法(3)通過以上裝置的改進能最大限度地減少因長木板和打點計時器的限位孔的阻力而導致的小車加速度不恒定，使小車盡可能做勻加速直線運動，以提高實驗的精確度．典例2如圖甲所示，光滑小鋼球從電磁鐵下邊緣自由下落，經(jīng)過小球豎直下方的光電門的水平細激光束時，毫秒計時器記錄下小球的擋光時間Δt，測出小球直徑d以及釋放前小球球心到光電門光孔的豎直距離為h，小芳希望能精確測量當?shù)氐闹亓铀俣龋?1)如圖乙所示為測量小球直徑的放大圖，則小球的直徑d＝_____mm.8.40(2)在某次測量中，測得小球通過光電門的時間為Δt＝2.0ms，小球下落高度h＝0.84m，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以求得重力加速度g＝______m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)該測量結(jié)果與當?shù)氐闹亓铀俣扔休^大的誤差，小芳同學通過反思后提出了四種解釋，你認為最合理的一項是_____.A.小球下落時受到了空氣阻力B.小球下落后受到鐵芯的引力C.小球下落的高度不夠大D.小球通過光電門時球心偏離細光束10.5D9.6圖見解析【解析】(1)圖乙游標卡尺的讀數(shù)為8mm＋8×0.05mm＝8.40mm.(3)該重力加速度測量值偏大，小球下落過程中受到了空氣阻力或鐵芯的引力都會導致小球下落時間變長或者速度變慢，使重力加速度測量值偏小，A、B錯誤；小球下落的高度不夠大，速度和高度的測量誤差較大，但不一定造成重力加速度測量值偏大，C錯誤；小球通過光電門時球心偏離細光束，導致小球通過光電門時間變短，所以重力加速度測量值偏大，D正確．(4)如圖所示

典例3

(2022·江蘇卷)小明利用手機測量當?shù)氐闹亓铀俣?，實驗場景如圖甲所示，他將一根木條平放在樓梯臺階邊緣，小球放置在木條上，打開手機的“聲學秒表”軟件，用鋼尺水平擊打木條使其轉(zhuǎn)開后，小球下落撞擊地面，手機接收到鋼尺的擊打聲開始計時，接收到小球落地的撞擊聲停止計時，記錄下?lián)舸蚵暸c撞擊聲的時間間隔t，多次測量不同臺階距離地面的高度h及對應(yīng)的時間間隔t.(1)現(xiàn)有以下材質(zhì)的小球，實驗中應(yīng)當選用_____.A.鋼球 B.乒乓球C.橡膠球(2)用分度值為1mm的刻度尺測量某級臺階高度h的示數(shù)如圖乙所示，則h＝_______cm.(3)作出2h－t2圖線，如圖丙所示，則可得到重力加速度g＝________m/s2.A61.209.55(4)在圖甲中，將手機放在木條與地面間的中點附近進行測量，若將手機放在地面A點，設(shè)聲速為v，考慮擊打聲的傳播時間，則小球下落時間可表示為t′＝______(用h、t和v表示)．(5)有同學認為，小明在實驗中未考慮木條厚度，用圖像法計算的重力加速度g必然有偏差．請判斷該觀點是否正確，簡要說明理由__________.見解析【解析】(1)為了減小空氣阻力等誤差影響，應(yīng)該選用材質(zhì)密度較大的小鋼球，故選A.(2)刻度尺的分度值為1mm，估讀到分度值的下一位，由圖可知h＝61.20cm.隨堂內(nèi)化03單擊此處添加章節(jié)副標題1.(2025·徐州高三上期中)某同學在暗室中用圖甲裝置做“測定重力加速度”的實驗，當頻閃儀閃光頻率f＝25Hz時，恰能看到一串仿佛固定不動的水滴，各水滴到A點的距離分別為圖乙中的h1、h2、h3、h4所示，則(

)A.水滴滴落的時間間隔為0.02sC2.(2024·南京六校聯(lián)合體調(diào)研)如圖所示是“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗裝置．(1)該實驗中，下列操作步驟必要的是____.A.需將導軌遠離滑輪的一端適當墊高B.懸掛的槽碼質(zhì)量應(yīng)遠小于小車的質(zhì)量C.小車運動結(jié)束后，先關(guān)閉打點計時器，再取下紙帶C(2)如圖所示是某次正確操作后得到的紙帶，已知打點計時器所用交流電源的頻率為50Hz，由此可測得紙帶上打B點時小車的速度為___________m/s，則小車的加速度為___________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)0.14～0.160.53～0.57(3)如圖所示，某同學將正確操作得到的紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條．再把這些紙條并排貼在一起，使這些紙條下端對齊，作為時間坐標軸，將紙條左上端點連起來，得到一條直線，則該直線_____.A.可以表示小車位移—時間圖像B.可以表示小車速度—時間圖像C.與時間軸夾角的正切為速度大小D.與時間軸夾角的正切為加速度大小B(4)利用該裝置還可以做的實驗有____.A.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B.利用打點計時器測量小車的平均速度和瞬時速度C.補償阻力后，利用小車下滑過程驗證小車機械能守恒定律B【解析】(1)該實驗不需要平衡摩擦力，即不需將導軌遠離滑輪的一端適當墊高，A錯誤；該實驗只需小車加速運動即可，不需要懸掛的槽碼質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，B錯誤；小車運動結(jié)束后，先關(guān)閉打點計時器，再取下紙帶，C正確．(3)因為剪斷的紙帶所用的時間都是t＝0.1s，即時間t相等，所以紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度之比；而此段紙帶的平均速度等于這段紙帶中間時刻的速度，最后得出結(jié)論紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度之比，還等于各段紙帶中間時刻的速度之比，則圖像可以表示小車速度—時間圖像，故A錯誤，B正確；時間軸并非反映小車運動的時間，無法通過斜率計算速度和加速度，故C、D錯誤．(4)缺少天平，無法測質(zhì)量，則不能探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．補償阻力后，小車下滑過程除重力做功外，繩子拉力也在做功，則不能驗證機械能守恒定律，故B正確，A、C錯誤．配套精練04單擊此處添加章節(jié)副標題1.

在用電火花計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中：(1)電火花計時器使用_____(填“交流”或“直流”)電源，當電源頻率是50Hz時，它每隔_____s打一個點．(2)接通打點計時器電源和讓紙帶開始運動，這兩個操作之間的時間順序關(guān)系是____.A.先接通電源，后讓紙帶運動B.先讓紙帶運動，再接通電源C.讓紙帶運動的同時接通電源D.先讓紙帶運動或先接通電源都可以交流0.02A(3)如圖所示為小明同學在一次實驗中打出的一條紙帶，圖中相鄰兩點間還有四個點未畫出，打點計時器接頻率為50Hz的電源，若測得bc＝0.84cm，cd＝1.64cm，則小車的加速度為_____m/s2.0.8(4)如圖所示為另一位同學小王在實驗過程中記錄的另一條紙帶，舍掉開頭比較密集的點跡，在后面便于測量的地方找一個點作為計時起點0，后面每隔4個點取一個計數(shù)點，電源的頻率為50Hz.試根據(jù)所提供的紙帶，計算計數(shù)點3的速度并填入表格．計數(shù)點編號12345各計數(shù)點的速度v/(m·s－1)0.591.01

1.752.121.40(5)小王又想用圖像來研究小車的運動情況，請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)幫小王在坐標系中作出小車運動的v－t圖像．(6)根據(jù)圖像可求出計時起點的速度為___________m/s.如圖所示0.24～0.262.(2024·淮安期中調(diào)研)用如圖甲所示的實驗裝置測當?shù)刂亓铀俣龋?1)裝置中的打點計時器有兩種選擇，如圖乙、丙所示，關(guān)于這兩種打點計時器，下列說法中正確的是_____.A.圖乙是電火花計時器B.圖乙使用的是直流電源C.圖丙是電磁打點計時器D.圖丙使用的是交流電源(2)實驗中打出的一條紙帶如圖丁所示，圖中標注的點為紙帶打出的連續(xù)點，每隔0.02s打一個點，則打點5時重錘的速度大小為______m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)D1.41(3)通過計算得到重錘在不同時刻的速度，選擇0點為計時起點，在v-t坐標平面上描出相應(yīng)的點，如圖戊所示，請在圖中補充點5對應(yīng)重錘的速度，并作出v-t圖線．見解析(4)由圖像可知重物的加速度為________m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(5)若分別用電磁打點計時器和電火花計時器完成實驗，為使實驗結(jié)果更接近當?shù)刂亓铀俣鹊恼鎸嵵?，?yīng)選擇哪個打點計時器，請說明理由：__________________________________.9.50應(yīng)選用電火花計時器，阻力影響較小【解析】

(1)圖乙是電磁打點計時器，圖丙是電火花計時器，都使用交流電源，故D正確．(3)v-t圖線如圖所示3.(2025·常州中學)某班級在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，打點計時器接頻率50Hz的交流電源，記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，每個計數(shù)點與計數(shù)點A間的距離如圖1所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個點未畫出．(1)請依據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，計算打下B點時的小車瞬時速度大小vB＝________m/s.(結(jié)果保留三位小數(shù))0.400(2)班級內(nèi)甲、乙、丙三個小組采用了不同的數(shù)據(jù)處理方法，甲小組充分利用紙帶，直接計算小車加速度a甲＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)乙小組根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、C、D、E、F五個計數(shù)點時小車的瞬時速度(請根據(jù)第一問結(jié)果補全表格).速度vBvCvDvEvF數(shù)值(m/s)____0.4790.5600.6400.7210.80①以A點為計