新高考物理一轮复习知识梳理+巩固练习讲义第一章实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度（含答案解析）

这是一份新高考物理一轮复习知识梳理+巩固练习讲义第一章实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度（含答案解析），共10页。试卷主要包含了平行，靠近，一先一后，减小误差，纸带选取，准确作图等内容，欢迎下载使用。

●注意事项
1．平行：纸带、细绳要和长木板平行．
2．靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．
3．一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带．
4．减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小使纸带上打的点过于密集．
5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点．
6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线．
●误差分析
1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差．
2．作v­t图像时出现作图误差．
3．电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同．
考点 教材原型实验
典例 (2023·全国甲卷)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系．让小车左端和纸带相连．右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连．钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带．某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示．
(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s．以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为Δt和eq \x\t(v)，表中ΔxAD＝________cm，eq \x\t(v)AD＝________cm/s.
(2)根据表中数据得到小车平均速度eq \x\t(v)随时间Δt的变化关系，如图(c)所示．请在图(c)中补全实验点．
(3)从实验结果可知，小车运动的eq \x\t(v)－Δt图线可视为一条直线，此直线用方程eq \x\t(v)＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(结果均保留3位有效数字)
(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________.(结果用字母k、b表示)
变式 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角可调．已知电火花打点计时器所用交流电的周期为0.02 s．纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个点未画出．
(1)部分实验步骤如下：
A．调整倾角，使小车能够匀速下滑．
B．关闭电源，取出纸带．
C．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．
D．把打点计时器固定在平板上，将纸带穿过限位孔．
E．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．
F．选择220 V交流电源并接好电路．
G．选择6～8 V直流电源并接好电路．
H．选择6～10 V交流电源并接好电路．
选择其中必需的实验步骤并按正确的先后顺序排列：____________(用字母填写)．
(2)小车加速度大小的计算式应为a＝________.
(3)如果当时电源中交变电流的周期不正常，比已知的T略大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
/高/分/技/法
实验误差分析
1．交流电源的频率变化引起误差
交流电源的频率出现波动时，打点周期会随之变化．频率升高时，打点周期减小，由于计算时仍按照原打点周期值，各点的瞬时速度的测量值vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)将偏小，加速度的测量值a＝eq \f(Δx,T2)也会偏小．
2．位移的测量引起误差
如果各计数点间的位移较小或相邻计数点之间的位移之差较小，位移测量的相对误差就会较大，从而导致速度和加速度的测量误差较大．
考点 实验的创新与改进
1．[实验器材创新]如图甲所示为利用光电门测瞬时速度的装置，铁架台放在水平台面上，上端固定电磁铁M，电磁铁正下方安装一个位置可上下调节的光电门A.
(1)如图乙所示，用游标卡尺测量小球的直径d＝________mm.
(2)接通电磁铁M的开关，吸住小球：测出小球与光电门A间的高度差h1＝46.34 cm；断开开关，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间t1.数字计时器显示t1＝5.00 ms(即5.00×10－3 s)，则小球通过光电门A时的速度大小v1＝________ m/s(结果保留3位有效数字)．
(3)某同学利用公式g＝eq \f(v\\al(2,1),2h1)计算当地的重力加速度，忽略空气阻力的影响，你认为该同学的计算结果与真实值相比会________(填“偏大”或“偏小”)．
2．[实验情境创新]用雷达探测一高速飞行器的位置．从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如表所示：
回答下列问题：
(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是______________________________.
(2)当x＝507 m时，该飞行器速度的大小v＝________ m/s.
(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝________ m/s2(结果保留2位有效数字)．
答案及解析
考点 教材原型实验
典例 (2023·全国甲卷)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系．让小车左端和纸带相连．右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连．钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带．某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示．
(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s．以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为Δt和eq \x\t(v)，表中ΔxAD＝________cm，eq \x\t(v)AD＝________cm/s.
(2)根据表中数据得到小车平均速度eq \x\t(v)随时间Δt的变化关系，如图(c)所示．请在图(c)中补全实验点．
(3)从实验结果可知，小车运动的eq \x\t(v)－Δt图线可视为一条直线，此直线用方程eq \x\t(v)＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(结果均保留3位有效数字)
(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________.(结果用字母k、b表示)
解析：(1)根据纸带的数据可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm；平均速度eq \x\t(v)AD＝eq \f(xAD,3T)＝80.0 cm/s.
(2)根据第(1)小题结果补全实验点如图甲所示．
(3)从实验结果可知，小车运动的eq \x\t(v)－Δt图线可视为一条直线，图像如图乙所示．
此直线用方程eq \x\t(v)＝kΔt＋b表示，由图像可知k＝eq \f(101.0－59.0,0.6) cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s.
(4)小车做匀加速直线运动，由位移公式x＝v0t＋eq \f(1,2)at2，整理得eq \f(x,t)＝v0＋eq \f(1,2)at，即eq \x\t(v)＝vA＋eq \f(1,2)at，故根据图像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k.
答案：(1)24.00 80.0 (2)见解析图甲 (3)70.0 59.0 (4)b 2k
变式 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角可调．已知电火花打点计时器所用交流电的周期为0.02 s．纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个点未画出．
(1)部分实验步骤如下：
A．调整倾角，使小车能够匀速下滑．
B．关闭电源，取出纸带．
C．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．
D．把打点计时器固定在平板上，将纸带穿过限位孔．
E．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．
F．选择220 V交流电源并接好电路．
G．选择6～8 V直流电源并接好电路．
H．选择6～10 V交流电源并接好电路．
选择其中必需的实验步骤并按正确的先后顺序排列：____________(用字母填写)．
(2)小车加速度大小的计算式应为a＝________.
(3)如果当时电源中交变电流的周期不正常，比已知的T略大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
解析：(1)由于电火花打点计时器应用220 V交流电，因此G、H不选，另外由于只测加速度，不用平衡摩擦力，A步骤不选．具体步骤为：先固定打点计时器，后接好电源，放好小车，连好纸带，接通电源，放开小车，最后断开电源，取出纸带，因此步骤是FDECB(或DFECB)．
(2)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，设A到B之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，为了更加准确地求解加速度，对三个加速度取平均值得eq \x\t(a)＝eq \f(1,3)(a1＋a2＋a3)，即小车运动的加速度计算表达式为a＝eq \f(d6－d3－d3,9T2)＝eq \f(d6－2d3,9T2).
(3)交变电流的周期比已知的T略大，使得打点时间间隔变长，最后测量的Δv偏大，而计算时认为周期正常，因此测量出的加速度的值偏大．
答案：(1)FDECB(或DFECB)
(2)eq \f(d6－2d3,9T2) (3)偏大
考点 实验的创新与改进
1．[实验器材创新]如图甲所示为利用光电门测瞬时速度的装置，铁架台放在水平台面上，上端固定电磁铁M，电磁铁正下方安装一个位置可上下调节的光电门A.
(1)如图乙所示，用游标卡尺测量小球的直径d＝________mm.
(2)接通电磁铁M的开关，吸住小球：测出小球与光电门A间的高度差h1＝46.34 cm；断开开关，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间t1.数字计时器显示t1＝5.00 ms(即5.00×10－3 s)，则小球通过光电门A时的速度大小v1＝________ m/s(结果保留3位有效数字)．
(3)某同学利用公式g＝eq \f(v\\al(2,1),2h1)计算当地的重力加速度，忽略空气阻力的影响，你认为该同学的计算结果与真实值相比会________(填“偏大”或“偏小”)．
解析：(1)小球的直径为d＝15 mm＋3×0.1 mm＝15.3 mm.
(2)小球通过光电门A时的平均速度为v1＝eq \f(d,t1)＝eq \f(15.3×10－3 m,5.00×10－3 s)＝3.06 m/s.
(3)高度差h1是小球的底部到光电门A顶部的距离，测速度v1是利用小球通过光电门A的平均速度代替瞬时速度，求解的速度大于小球经过光电门A顶部的速度，由g＝eq \f(v\\al(2,1),2h1)公式可知，当地的重力加速度的计算值大于真实值．
答案：(1)15.3 (2)3.06 (3)偏大
2．[实验情境创新]用雷达探测一高速飞行器的位置．从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如表所示：
回答下列问题：
(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是______________________________.
(2)当x＝507 m时，该飞行器速度的大小v＝________ m/s.
(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝________ m/s2(结果保留2位有效数字)．
解析：(1)第1 s内的位移507 m，第2 s内的位移587 m，第3 s内的位移665 m，第4 s内的位移746 m，第5 s内的位移824 m，第6 s内的位移904 m，则相邻1 s内的位移之差接近Δx＝80 m，可以判断飞行器在这段时间内做匀加速运动．
(2)当x＝507 m时飞行器的速度等于0～2 s内的平均速度，则v＝eq \f(1 094,2) m/s＝547 m/s.
(3)加速度的大小a＝eq \f(x36－x03,9T2)＝eq \f(4 233－2×1 759,9×12) m/s2≈79 m/s2.
答案：(1)相邻1 s内的位移之差近似相等 (2)547 (3)79
位移区间
AB
AC
AD
AE
AF
Δx(cm)
6.60
14.60
ΔxAD
34.90
47.30
eq \x\t(v)(cm/s)
66.0
73.0
eq \x\t(v)AD
87.3
94.6
创新角度
实验装置/原理图
创新解读
实验原理创新
(1)滑块在斜面上靠重力沿斜面的分力与摩擦力的合力获得加速度．
(2)挡光片经过光电门的平均速度作为滑块的速度．
(3)平均速度的大小与挡光片的长度有关
实验情境创新
(1)用滴水针头滴水替代打点计时器打纸带．
(2)小车在水平桌面上因摩擦做匀减速运动
实验目的创新
(1)铁球靠重力产生加速度．
(2)铁球由A门到B门的时间可由数字毫秒计读出．
(3)铁球的加速度由eq \f(x,t)­t图线分析得出
t/s
0
1
2
3
4
5
6
x/m
0
507
1 094
1 759
2 505
3 329
4 233
位移区间
AB
AC
AD
AE
AF
Δx(cm)
6.60
14.60
ΔxAD
34.90
47.30
eq \x\t(v)(cm/s)
66.0
73.0
eq \x\t(v)AD
87.3
94.6
t/s
0
1
2
3
4
5
6
x/m
0
507
1 094
1 759
2 505
3 329
4 233