2024年高考物理第一轮复习课件：第一章 实验一　探究小车速度随时间变化的规律

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第一章 实验一　探究小车速度随时间变化的规律，共37页。PPT课件主要包含了教材原型实验，实验原理与操作，BDE，的位移之差相等，连续相等时间间隔内，数据处理与分析，越小越好，实验创新设计，实验器材创新，平均速度等内容，欢迎下载使用。

1．实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端带有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
2．实验原理(如图所示)
3．实验步骤(1)按照如图所示实验装置，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，下端挂合适的槽码，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)换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
4．注意事项(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。(2)两先两后：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)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞。(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量的相对误差，计算加速度大小时以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。(5)小车从靠近打点计时器位置释放。
1．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动(1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离。(2)Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n s(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)。(4)Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。
【例1】　某同学采用如图甲所示的装置及电火花计时器探究小车做匀变速直线运动的特点。(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是(填编号)________。①天平②4～6 V低压直流电源
③刻度尺④秒表(2)安装好实验装置后开始实验。实验中以下操作必要的是________。A．托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行C．将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起D．释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验
(3)实验中获得某条点迹清晰的纸带如图乙所示，已知打点计时器所用交流电频率为f，若________________________(填写表达式，用题及图中物理量表示)，则可认为匀变速直线运动具有____________________________________的特点(提示：填有关速度或位移的特点)。
s4－s3＝s3－s2＝s2－s1
[解析]　(1)在处理纸带求解速度与加速度的过程中，物体的质量不需要知道，所以不用天平测物体的质量，故①错误；实验使用的电源必须是交流电源，故②错误；刻度尺要用来测量纸带上各点之间的距离，所以必须要有刻度尺，故③正确；打点计时器本身就是计时的仪器，所以不需要秒表，故④错误。(2)不管托盘和砝码的总质量与小车的总质量大小关系如何，只要小车做匀变速直线运动即可，即托盘和砝码的总质量不需要远小于小车的总质量，故A错误；调整滑轮的高度，使细线与长木板平行，保
证小车所受的合力在运动过程中不变，故B正确；将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起是为了平衡摩擦力，但本实验是探究小车做匀变速直线运动的特点，不管是否平衡摩擦力，只要小车做匀变速直线运动即可，因此不需要将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起，故C错误；为了纸带的利用率，释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置，故D正确；为了保证小车受力稳定，做匀变速直线运动，因此要选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验，故E正确。(3)匀变速直线运动在连续相等时间间隔内的位移差相等，本实验要探究小车做匀变速直线运动的特点，即s4－s3＝s3－s2＝s2－s1。
【例2】　在用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，图甲是记录小车运动情况的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，而相邻计数点间还有四个点未画出。打点计时器所接电源频率为50 Hz。
(1)根据运动学有关公式可求得vB＝________ m/s，vC＝________ m/s，vD＝________ m/s。(2)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的v-t图像(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝ ________________ m/s2。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________ m/s，则此速度的物理意义是__________________________________________。
13.0(12．8～13.2)
打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度
(2)小车的v-t图像如图所示，作图时应注意尽量使描绘的点落在直线上，若不能落在直线上，尽量让其分布在直线两侧。
[答案]　 (2)图见解析
【例3】　光电计时器是一种研究物体运动情况常用的计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来。图乙中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，实验时，让滑
块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10－2 s和4.0×10－3 s。用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度d，其示数如图丙所示。
(1)滑块的宽度d＝________ cm。(2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝________m/s。(结果均保留两位有效数字)(3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是滑块通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些。
[创新评价]　本实验的创新之处在于改进了速度的测量方法，利用光电计时器替代打点计时器。
【例4】　(2022·广东广州高三模拟)用如图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
(1)实验的主要步骤：①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，则d＝________mm；②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x；③滑块从A点由静止释放(已知砝码落地前挡光片已通过光电门)；
2．38×104(2．28×104～2．52×104均正确)
0.518(0.497～0.549均正确)
【例5】　(2020·山东卷)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：
(ⅰ)如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
(ⅳ)再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。回答以下问题。(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为____________________m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m/s2。(结果均保留两位有效数字)
0.33(0.31～0.35均可)
(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字，sin 37°＝0.60，cs 37°＝0.80)。
[创新评价]　本实验属于实验目的和数据处理创新，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况，利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小，再结合牛顿第二定律求得重力加速度。