2025版高考物理全程一轮复习专题练习第一章运动的描述匀变速直线运动实验一探究小车速度随时间变化的规律

这是一份2025版高考物理全程一轮复习专题练习第一章运动的描述匀变速直线运动实验一探究小车速度随时间变化的规律，共10页。试卷主要包含了02 s打一次点．，60 cm＋8，00　80，1 m/s2，30，1 cm等内容，欢迎下载使用。

1.会正确使用打点计时器，学会利用纸带上的点迹求物体的速度和加速度．
2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．
一、实验思路与操作
装置图与思路
思路：小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化的情况．
注意：
(1)不需要平衡摩擦力．
(2)不需要满足悬挂槽码的质量远小于小车的质量．
操作要领
(1)安装：固定好实验器材，并连接好电路；
(2)靠近：小车停在靠近打点计时器的位置；
(3)先后：启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动，在纸带上打下一行小点；
(4)关闭：关闭电源，取下纸带；
(5)更换：增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验．
二、数据测量及数据分析
1．数据测量
(1)舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计时起点，以后依次每隔四个点取一个计数点，并标明0，1，2，3，4，…，如图所示．
(2)依次测出01，02，03，04，…的距离x1，x2，x3，x4，…，填入设计表中．
(3)1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…将计算得出的各点的速度填入设计表中．
2．数据分析
(1)以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系．根据表中的v、t数据，在坐标系中描点作出v-t图像．
(2)观察所得到的直线，分析小车的速度随时间的变化规律．
3．实验结论
小车的速度随时间均匀增加．
三、误差分析
1．测量纸带的位移有误差．
2．电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等．
3．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．
4．用作图法，作出的v-t图像并不是一条直线．
5．木板的粗糙程度并非完全相同．,
认识“两种仪器”
(1)作用：计时仪器，接频率为50 Hz的交变电流，每隔0.02 s打一次点．
区分计时点和计数点：
(1)计时点和计数点
计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；计数点是人们根据需要选择一定数目的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的规则而定．
(2)纸带上相邻两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计时点越稀疏．
考点一 教材原型实验
例1[2023·浙江1月节选]
(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示．
①需要的实验操作有________(多选)．
A．调节滑轮使细线与轨道平行
B．倾斜轨道以补偿阻力
C．小车靠近打点计时器由静止释放
D．先接通电源再释放小车
②经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示．选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为________ cm.已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为________ m/s(结果保留3位有效数字)．
例2[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.表中ΔxAD＝________cm，＝________cm/s.
(2)根据表中数据，得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示．在图中补全实验点．
(3)从实验结果可知，小车运动的-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝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)
[解题心得]






例3 在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条纸带如图甲所示．A、B、C、D、E、F、G为计数点(相邻两计数点间有4个点未画出)，相邻计数点间时间间隔为0.10 s，x1＝1.20 cm，x2＝1.60 cm，x3＝1.98 cm，x4＝2.38 cm，x5＝2.79 cm，x6＝3.18 cm.
(1)根据题目信息可知，打B点时小车的速度是________ m/s，小车的加速度是________ m/s2.(结果保留2位有效数字)
(2)某同学用以下办法绘制了小车运动的v-t图像：先把纸带每隔T＝0.10 s剪断，得到若干段纸条，长度分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6.再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条的下端对齐，作为时间轴，标出时间．最后连接纸条上端中心位置作一条直线，于是得到v-t图像(如图乙所示)．
a．t1处应标为________ s；v1处应标为________[此空用第(2)问中的物理量符号表示].
b．请说明利用纸条长度表示瞬时速度所依据的原理
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
[教你解决问题] 读图
考点二 探索创新实验
1．实验器材的改进及速度的测量方法(如图)
2．获得加速度方法的改进
靠重物的拉力获得加速度―→长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙所示．
3．用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器手机录像代替打点计时器
通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度．
考向1 探索创新实验测速度和加速度
例4 如图甲所示是运用DIS实验的位移传感器测定小车运动规律的实验装置图．
(1)固定在小车上的发射器不断地向接收器发出短暂的超声波脉冲和红外线脉冲，从而测量物体运动的一些物理量．超声波脉冲________红外线脉冲(填“快于”或“慢于”)．
(2)图乙是通过传感器、数据采集器，再经过计算机所绘制的小车运动的速度—时间图像．由该图像可以求出小车加速度的大小为a＝________ m/s2；小车的运动方向是________(选填“向左”或“向右”)运动．
[解题心得]

思维提升
1.DIS位移传感器可以实时测量位移并借助计算机绘制v-t图像，测加速度．
2．其他创新实验，要首先理解好实验原理，再利用测速度和测加速度的方法求解．
考向2 与光电门相结合测速度和加速度
例5[2024·辽宁沈阳模拟]某物理活动小组利用光电计时器探究滑块在斜面上速度变化的规律，实验装置如图(a)所示．光电计时器固定在斜面底端，把宽度为d的遮光片固定在滑块上．让滑块从距离光电计时器x处由静止释放，遮光片经过光电计时器的遮光时间为t.改变滑块释放位置，记录不同位置释放时，遮光片距离光电计时器的距离x及经过光电计时器的遮光时间t.
(1)遮光片经过光电计时器的速度v＝________(用题中所给字母表示)；
(2)用游标卡尺测出遮光片的宽度如图(b)所示，遮光片的宽度d＝________mm；
(3)图(c)是根据实验数据描绘的x-图线，它是一条直线，则可知滑块做匀变速直线运动．由图中数据及已测数据可得，滑块加速度a＝________ m/s2(结果保留2位有效数字)．
[解题心得]

思维提升
1.测速度时，将遮光片的宽度除以遮光时间即可．
2．测得两个不同位置的瞬时速度，和遮光片经过两位置的时间即可求得加速度．
考向3 频闪照相法测速度和加速度
例6 某实验小组用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺(最小分度为1 mm)读取的5个连续影像的读数依次为xO、xA、xB、xC、xD.
根据表中数据，完成下列填空：
(1)以上哪个数据不符合刻度尺读数要求________(选填xO、xA、xB、xC或xD)；
(2)物块到达B点时的速度vB为________ m/s(保留3位有效数字)；
(3)请充分利用数据计算出物块的加速度a为________ m/s2(保留3位有效数字)．
[解题心得]

思维提升
1.频闪照相的频率和周期互为倒数．
2．不同时刻的频闪照片相当于打点计时器打出的不同的点．
实验一 探究小车速度随时间变化的规律
关键能力·分层突破
考点一
例1 解析：(1)①实验时需要调节滑轮使细线与轨道平行，A正确；由于本实验只是探究小车的运动规律，因此实验时不需要平衡摩擦力，B错误；为了充分利用纸带的长度，应使小车由靠近打点计时器的位置静止释放，C正确；应先接通打点计时器电源再释放小车，D正确．②由刻度尺的读数规则可知，计数点1的读数为2.75 cm，计数点3的读数为8.62 cm，则打计数点2时小车的速度为v2＝＝ m/s＝1.47 m/s.
答案：(1)①ACD ②2.75(2.70～2.80均可) 1.47(1.45～1.50均可)
例2 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
平均速度为
＝＝80.0 cm/s
(2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得
(3)从实验结果可知，小车运动的­Δt图线可视为一条直线，图像为
此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知其中
k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s
(4)小车做匀变速直线运动，由位移公式x＝v0t＋at2，整理得
＝v0＋at
即＝vA＋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)
(3)70.0 59.0 (4)b 2k
例3 解析：(1)根据匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打B点时小车的速度为vB＝＝＝ m/s＝0.14 m/s.由Δx＝aT2可得小车的加速度为a＝＝ m/s2＝0.40 m/s2.
(2)a.t轴标出的时间为连续相等的时间间隔，且纸带每隔T＝0.10 s剪断一段，所以t1处应标为0.10 s．由平均速度公式可得v1＝.
b．匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度．
答案：(1)0.14 0.40
(2) b．匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度
考点二
例4 解析：(1)频率高于20 000 Hz的声波叫超声波，超声波是机械波，红外线是电磁波，因此超声波脉冲“慢于”红外线脉冲．
(2)由速度—时间图像的斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正、负表示加速度的方向，则有a＝＝ m/s2＝－1.2 m/s2
可知加速度的大小为1.2 m/s2，负号表示加速度的方向与运动方向相反.
小车加速度的方向与运动方向相反，小车做匀减速运动，可知小车“向右”运动．
答案：(1)慢于 (2)1.2 向右
例5 解析：(1)遮光片经过光电计时器的速度为v＝
(2)游标卡尺的最小分度值为0.05 mm，主尺读数为1 mm，游标尺读数为15×0.05 mm，所以
d＝1 mm＋15×0.05 mm＝1.75 mm
(3)根据题意有
v2＝2ax
v＝
所以
x＝·
结合图线可得＝
解得a＝3.1 m/s2
答案：(1) (2)1.75 (3)3.1
例6 解析：(1)由于刻度尺的最小分度为0.1 cm，读数需要估读，则xO不符合刻度尺读数要求．
(2)由于B点是A、C两点的中间时刻，所以vB＝＝ m/s≈1.72 m/s
(3)由逐差法得物块的加速度大小为a＝＝×10－2 m/s2≈4.30 m/s2.
答案：(1)xO (2)1.72 (3)4.30
位移区间
AB
AC
AD
AE
AF
Δx(cm)
6.60
14.60
ΔxAD
34.90
47.30
(cm/s)
66.0
73.0
87.3
94.6
xO
xA
xB
xC
xD
5.1 cm
15.86 cm
30.91 cm
50.25 cm
73.90 cm