2023-2024屆高考一輪復(fù)習(xí)物理教案（新教材人教版）第一章運(yùn)動的描述勻變速直線運(yùn)動的研究實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

【目標(biāo)要求】1.會正確使用打點(diǎn)計(jì)時器，學(xué)會利用紙帶上的點(diǎn)跡求物體的速度和加速度.2.掌握

判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法.

實(shí)驗(yàn)技能儲備

一、打點(diǎn)計(jì)時器

1.作用：計(jì)時儀器，當(dāng)所用交變電源的頻率/=50Hz時，每隔S打一次點(diǎn).

2.結(jié)構(gòu)

(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時器(如圖)

(2)電火花計(jì)時器(如圖)

負(fù)脈沖輸出

正脈沖輸出

插座(黑色)

插座(紅色)

墨粉

脈沖輸紙盤紙盤軸

出開關(guān)

壓紙條彈性片

y紙帶

電源插頭

電磁打點(diǎn)計(jì)時器：交變電源

3.工作條件:

電火花計(jì)時器：220V交變電源

二、實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

1.實(shí)驗(yàn)器材

電火花計(jì)時器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、刻

度尺、導(dǎo)線、交變電源.

2.實(shí)驗(yàn)過程

(1)按照實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時器固定在長木板無滑輪的一端,接好電源；

(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器，固定在

小車后面；

(3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時器處，先接通電源,后放開小車;

(4)小車運(yùn)動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；

(5)更換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量、分析.

3.數(shù)據(jù)處理

(1)求小車的速度與加速度

①利用平均速度求瞬時速度：氣聲i

②利用逐差法求解平均加速度

X4~X∣X5~X2X6-X3

a]~3>T1，a2~3T2'a3=3T29

m,l4ι+s+43(x4+x5+x6)~~(x1+x2+x3)

貝IJa=?=歷

③利用速度一時間圖像求加速度

a.作出速度一時間圖像，通過圖像的斜率求解小車的加速度；

b.剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)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(yùn)動

①XI、尤2、X3、…、X”是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離.

②若Ax等于恒量(α∕),則說明小車做勻變速直線運(yùn)動.

③Ax是兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移差：?X?=X2-X?,ΔJ?=X3-X2，….

?\x=ar,只要小車做勻變速直線運(yùn)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(xiàng)

(1)平行：紙帶、細(xì)繩要與長木板平行.

(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙帶.

(3)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)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(dāng)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(jì)數(shù)點(diǎn)為宜.

(5)小車從靠近打點(diǎn)計(jì)時器位置釋放.

5.誤差分析

(D紙帶運(yùn)動時摩擦力不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差.

(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測量有偶然誤差.

(3)作圖有誤差.

考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

【例11（2023?浙江1月選考?16I（I））在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)

裝置如圖甲所示.

①需要的實(shí)驗(yàn)操作有（多選）；

A.調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行

B.傾斜軌道以補(bǔ)償阻力

C.小車靠近打點(diǎn)計(jì)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，截取其中一段如圖乙所示.選取連續(xù)打出的點(diǎn)0、1、2、3、

4為計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為cm.已知打點(diǎn)計(jì)時器所用交流電源的頻率為50Hz,

則打計(jì)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）.

0?1?2?3?4?

pιιψlιι∣ιιiι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιlι∣ιιlι∣ιιιι∣hιι∣ilιι∣lιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣hιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιι∣ιιιψιll∣

（）cm123456789101112

乙

答案①ACD②（?）（?）

解析①實(shí)臉需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與就道平行，選項(xiàng)A正確；該實(shí)驗(yàn)只要使得小車加速運(yùn)動

即可，不需要傾斜軌道補(bǔ)償阻力，選項(xiàng)B錯誤；為了充分利用紙帶，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時

器靜止釋放，選項(xiàng)C正確；應(yīng)先接通電源再釋放小車，選項(xiàng)D正確.

②計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為Cm.已知打點(diǎn)計(jì)時器所用交流電源的頻率為50Hz,則打點(diǎn)周期T=s,

則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時小車的速度大小為

X13(-)×10~2

V2=2T=m∕s=m/s

【例2】（2023?浙江杭州市一模）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(shí)驗(yàn)后，

利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能研究小車從斜面上滑下的運(yùn)動.如圖甲所示，將小車從斜面軌道上

由靜止釋放，將數(shù)碼相機(jī)放在較遠(yuǎn)處對小車進(jìn)行連拍，設(shè)置每S拍一張照片，得到如圖乙所

AO

B

C

D

E

F

G

H

7

J

K

(1)現(xiàn)測得鋁制軌道在照片中的長度為Ll=cm,實(shí)際長度測量如圖丙所示(軌道的端點(diǎn)在圖中

的箭頭所示處)，其長度為心=cm；

TTPTlTpTTTPTTφπητττφTryTrrrPTnTnτψτrpτr

8788899()91cm

丙

(2)根據(jù)以上信息,可求得小車運(yùn)動到位置E處時的速度大小%=m/s(保留兩位有效

數(shù)字)；

(3)現(xiàn)用相同的方法求得其他各個位置的速度大小，并以位置A處為計(jì)時起點(diǎn)，在坐標(biāo)紙上描

繪了部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)(如圖丁).請?jiān)趫D中描出位置E的速度信息并畫出小車速度隨時間變化的圖

(4)完成上述實(shí)驗(yàn)之后，該學(xué)習(xí)小組利用光電門與數(shù)字計(jì)時器測量了小車滑過軌道中點(diǎn)的瞬時

速度.選用了甲、乙、丙三種寬度分別為cm、cm、cm的遮光板，則利用(選填

“甲”“乙”或“丙”)遮光板測得的結(jié)果最接近小車的瞬時速度.

答案(1)(2)(3)見解析圖⑷丙

解析(1)由題圖丙知，實(shí)際測量長度為a=cm

(2)小車運(yùn)動到位置E處時的速度大小

XDF(一)義、…―，，

VE=~-=----X102m∕s≈m/s

IDF

(3)小車速度隨時間變化的圖像為

由圖像可知小車的加速度大小

Q=了m/s2=m∕s2

(4)遮光板越窄測得的結(jié)果最接近小車的瞬時速度，故利用丙遮光板測得的結(jié)果最接近小車的

瞬時速度.

考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

I.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)及速度的測量方法(如圖)

遮光片光電門光電門

一公*《緲線,輕滑輪

?Tl0童物

由紙帶求速度由遮光片的寬度d和遮光片

q=Z崇I擋光時間Ar求速度歸京

2.獲得加速度方法的改進(jìn)

靠重物的拉力獲得加速度一長木板傾斜靠重力獲得加速度，如圖甲、乙所示.

遮光片

滑塊/光電門甲

光電門乙

乙

3.用頻閃照相的方法、滴水法或光電計(jì)時器手機(jī)錄像代替打點(diǎn)計(jì)時器.

通過以上裝置的改進(jìn)能最大限度地減少因長木板和打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔的阻力而導(dǎo)致的小車

加速度不恒定，使小車盡可能做勻加速直線運(yùn)動，以提高實(shí)驗(yàn)的精確度.

【例31(2022?全國乙卷?22)用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置.從某時刻(f=0)開始的一段時間

內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動，每隔IS測量一次其位置，坐標(biāo)為X,結(jié)果如下表所示:

t/sO123456

x∕n?O50710941759250533294233

回答下列問題：

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動，判斷的理由是：；

⑵當(dāng)X=507m時，該飛行器速度的大小V=m/s；

(3)這段時間內(nèi)該飛行器加速度的大小?=m∕s2(保留2位有效數(shù)字).

答案⑴相鄰IS內(nèi)的位移之差接近Δx=80m(2)547(3)79

解析⑴第IS內(nèi)的位移507m,第2s內(nèi)的位移587m,第3s內(nèi)的位移665m,第4s內(nèi)的

位移746m,第5s內(nèi)的位移824m,第6s內(nèi)的位移904m,則相鄰1S內(nèi)的位移之差接近?x

=80m,可知飛行器在這段時間內(nèi)做勻加速運(yùn)動；

1094

⑵當(dāng)X=507m時飛行器的速度等于O?2S內(nèi)的平均速度，則OI=-—m/s=547m/s：

X36~xo34233-2×1759..

(3)才艮I據(jù)rt~-9J2-=--9χ]2--------m∕s2≈79m∕s2.

【例41利用如圖所示的裝置研究勻變速直線運(yùn)動.

(1)實(shí)驗(yàn)時，測出遮光條的寬度％在祛碼盤中放上祛碼，讓滑塊從光電門1的右側(cè)由靜止釋

放，用數(shù)字毫秒計(jì)測出遮光條經(jīng)過光電門1和2的時間分別為/,和"測出從光電門1到光

電門2所用的時間為?Λ計(jì)算出滑塊的加速度大小a-(用d、八、B和?Γ表示)

(2)一個同學(xué)利用(1)中的裝置實(shí)驗(yàn)時，保持滑塊的質(zhì)量、祛碼盤和祛碼的總質(zhì)量不變，撤去光

電門1,在某位置靜止釋放滑塊，記錄滑塊的釋放位置到光電門2的距離，記錄遮光條的遮

光時間，多次改變滑塊的釋放位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn).記錄下的距離為兩、必、&、…，時間為小

`/3、…，以X為縱軸，5為橫軸，描點(diǎn)作圖得到一條過原點(diǎn)的傾斜直線，已知該直線的斜

率為k,則滑塊勻變速運(yùn)動過程中的加速度大小α=(用d和k表示).

d_d

答案⑴甘源

解析(1)遮光條經(jīng)過光電門1和2的速度大小分別為。I=W，s=g,滑塊的加速度大小α=

1\12

d_d

?ΓV2~V?t2t?

?t~Z-Z；

（2）滑塊從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，有2以=（，2,整理得X=C，依題意有攵=S整

理得a=^7.

課時精練

I.（2023?浙江杭州市高三月考）小明同學(xué)利用如圖所示的裝置研究小車速度隨時間變化規(guī)律.

⑴圖（b）的儀器是：（選填“槽碼”或“鉤碼”）及托盤，其實(shí)驗(yàn)所用的電火花計(jì)時器

所用的電壓為（選填“8V”或“220V”）.根據(jù)圖片指出實(shí)驗(yàn)前明顯不恰當(dāng)?shù)牡胤?

（2）某小組所得紙帶上打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示，每五個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，0、A、B、C、D

分別對應(yīng)刻度尺（IoOCm、5.90cm、14.10cm、24.60cm、37.30cm.已知打點(diǎn)計(jì)時器頻率為50Hz,

則打點(diǎn)計(jì)時器在打B點(diǎn)時小車的速度的=m∕s.（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.

OABCD

051（）1520253（）35

（3）該組計(jì)算得到紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度后，在坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)如圖所示，請根據(jù)這些

點(diǎn)在圖中作出v-t圖像，并根據(jù)圖像計(jì)算出小車運(yùn)動的加速度α=m?2（結(jié)果保留兩

位有效數(shù)字）.

1.50

1.0()

0.50

t/s

00.1().20.30.4().5

答案（1）槽碼220V小車釋放前未靠近打點(diǎn)計(jì)時器（2）（3）見解析圖（?均可）

解析（1）題圖（b）中的儀器是槽碼，實(shí)驗(yàn)所用的打點(diǎn)計(jì)時器是電火花計(jì)時器，使用220V交流

電.為充分利用紙帶，小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時器.由題圖（a）看出，小車釋放前未靠近打

點(diǎn)計(jì)時器.

(2)每五個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T=5Xs=s,在打3點(diǎn)時小車

…?ACO-0

的速度VB————2X-m/s七m/s

(3)舍去偏離較大的點(diǎn)，如圖：

”“，,?“?*f?τ

SililIifcIitiiu???jΓzΓEQZΠit?itIiiIiπzπ

1.5()I

LoO

0.50七大TTcnrτnTTmEITnsτ,rerm門:Fl我

mtm4切、Xi二K1”。二m，二1】二U空E，：E”t：

?FQ”“，“PQ“?，“，?”4”，?，??PQ””，

3TZJIliIiUIuZΠ3ZZΠZUZUZ∏3a∏∑ΠZΠ?????

里過迸口澆口圖笠過著莊日生主H3FEE3N3圖至

00.10.20.30.4().5

根據(jù)圖像計(jì)算出小車運(yùn)動的加速度

?υ,

CI=Kkn^s-

2.用電火花計(jì)時器研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)打出了如圖所示的一條紙帶.

[[…7…譚????1?B\

⑴電火花計(jì)時器使用的是V的(填“直流”或“交變”)電源；計(jì)時器打點(diǎn)

的時間間隔為s,每隔4個點(diǎn)取1個計(jì)數(shù)點(diǎn)，依次得到了。、A、B、C、。幾個計(jì)數(shù)點(diǎn)；

(2)小車由靜止開始運(yùn)動，則紙帶的(填“左”或“右”)端與小車相連；

(3)用刻度尺量得OA=cm,OB=cm,OC=cm,OD=cm,打B點(diǎn)時紙帶的速度大小為

m/s,紙帶運(yùn)動的加速度大小為m/s2；

(4)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的頻率變大，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值比

實(shí)際值________(選填“偏大”或“偏小”);如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210V,而

做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比(選填“偏大”“偏

小”或“不變”)；

(5)關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時器的使用，下列說法正確的是.

A.電磁打點(diǎn)計(jì)時器使用的是8V的直流電源

B.在測量物體速度時?，先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源，后讓物體運(yùn)動

C.使用的電源頻率越高，打點(diǎn)的時間間隔越小

D.電源的電壓越高，打點(diǎn)的時間間隔就越小

答案(1)220交變⑵左(3)

(4)偏小不變(5)BC

解析(1)電火花計(jì)時器使用220V的交變電源；

(2)小車從靜止開始做加速運(yùn)動，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離變大，可知小車與紙帶的左端相連；

(3)打8點(diǎn)時紙帶的速度大小為

OC-OA__

ξl2

VB=-2T-=2X×10-m∕s=m/s

由逐差法得加速度大小為

BD-OB(-)--，?

"=^^-=7^xι°mys=m7s

(4)如果在實(shí)驗(yàn)中，交流電的頻率變大，那么實(shí)際打點(diǎn)周期變小，根據(jù)AX=a/得，測量的加

速度值與真實(shí)的加速度值相比偏??；加速度計(jì)算與電壓無關(guān)，所以加速度測量值與實(shí)際值相

比不變；

(5)電磁打點(diǎn)計(jì)時器使用的是8V的交變電源，故A錯誤；為了充分利用紙帶，在測量物體速

度時，先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源，后讓物體運(yùn)動，故B正確；由T=;可知，使用的電源頻率

越高，打點(diǎn)的時間間隔越小，故C正確：打點(diǎn)的時間間隔與電壓無關(guān)，故D錯誤.

3.某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示的裝置測量自由落體運(yùn)動的加速度，其操作步驟如下：

A.按照圖甲的裝置安裝實(shí)驗(yàn)器材；

B.將電火花計(jì)時器接到學(xué)生電源的“8V交流輸出”擋位上；

C.先釋放紙帶，之后閉合開關(guān)接通電源，打出一條紙帶；

D.多次正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從打出的紙帶中選取較理想的一條如圖乙所示，取連續(xù)的計(jì)時點(diǎn)1、

2、3、4、…，測得點(diǎn)1到點(diǎn)2、3、4、…的距離分別為小、/12、飽、…;

E.根據(jù)測量的數(shù)據(jù)算出重力加速度.

(1)上述步驟中有錯誤的是(填相應(yīng)步驟前的字母)；

(2)若從打點(diǎn)1時開始計(jì)時，點(diǎn)2、3、4、…對應(yīng)時刻分別為人、々、?、…，求得3=/、S

=亍、S=資、…，作出。一f圖像如圖丙所示，圖線的斜率為在縱軸上的截距為b,可知

t2

打下點(diǎn)1時重物的速度S=,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=.

答案(I)BC(2)6Ik

解析(1)電火花計(jì)時器的工作電源是220V交流電源，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先接通電源后釋放紙帶，有

錯誤的步驟是B、C.

(2)題圖丙中的圖線縱軸橫距是O時刻對應(yīng)的速度，即表示打下點(diǎn)1時重物的速度.平均速度

表示各段中間時刻的瞬時速度，以平均速度。為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的運(yùn)動時間的兩倍為橫坐標(biāo)，

則v-t圖線的斜率的2倍表示重力加速度，即g=2k.

4.某物理小組利用圖甲所示的裝置測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,在鐵架臺上安裝兩個光電門，光電

門1固定，光電門2可上下移動.將電磁鐵通電，小鐵球靜止在電磁鐵下端，調(diào)整兩光電門

的位置，讓電磁鐵斷電后，小球沿豎直線通過兩個光電門，光電計(jì)時器能記錄小鐵球從光電

門1運(yùn)動至光電門2的時間t.

--l^?］光電門1

光電門2

，「收集盆

甲

(1)用游標(biāo)卡尺測量小鐵球的直徑，測量結(jié)果如圖乙所示，則小鐵球的直徑D=cm；

∣O102()∣

乙

(2)使小鐵球由靜止下落，用鐵架臺上的固定刻度尺測出兩個光電門之間的距離h,及對應(yīng)的

運(yùn)動時間r.保證光電門1的位置不變，多次改變光電門2的高度，并測出多組〃和f,以戶為

縱坐