探究小車速度隨時間變化的規(guī)律(核心考點精講精練)(原卷版)-備戰(zhàn)2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點幫

考點04實驗一：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1.3年真題考點分布題型選擇題高考考點探究小車速度隨時間變化規(guī)律；描繪實驗的v-t圖像求加速度；測定重力加速度；逐差法求加速度；打點計時器的使用；紙帶的數(shù)據(jù)處理和分析；實驗創(chuàng)新與改進新高考2023浙江春招16題、全國甲卷23題2022北京卷16題、江蘇卷11題、全國乙卷22題2021湖北卷12題、天津卷9題2.命題規(guī)律及備考策略【命題規(guī)律】近3年新高考卷對于運動的描述考查共計7次，主要考查：1.探究小車速度隨時間變化規(guī)律；2.測定自由落體運動的重力加速度；3.處理紙帶數(shù)據(jù)，利用逐差法求加速度；【備考策略】掌握勻變速直線運動規(guī)律，結(jié)合探究小車速度變化規(guī)律和測定重力加速度實驗，掌握打點計時器的使用，能準(zhǔn)確分析紙帶數(shù)據(jù)，利用逐差法求加速度，利用圖像分析產(chǎn)生誤差原因。理解利用頻閃相機和光電門測定物體速度的創(chuàng)新型實驗的原理和處理問題的科學(xué)方法。【命題預(yù)測】新高考會更加重視探究小車速度隨時間變化規(guī)律，還原教材，此實驗必定更具有真實性、探究性和開放性。創(chuàng)新型實驗也將成為以后高考的熱門考向，2024年考生在學(xué)習(xí)探究小車速度隨時間變化規(guī)律的同時，不要忽略對創(chuàng)新型實驗的探索，既要重視小車速度隨時間變化規(guī)律實驗，而且不能忽略對創(chuàng)新型實驗的探索。

考法1基本實驗要求一、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、鉤碼、、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。二、實驗原理三、實驗步驟1.按照如圖1所示實驗裝置，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，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；3.把小車?？吭诖螯c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.換紙帶重復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析.四、注意事項1.平行：紙帶、細繩要和長木板平行.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，防止鉤碼落地及小車與滑輪相撞.4.減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，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.【典例1】（2023·浙江·高考真題）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示。①需要的實驗操作有__________（多選）；A．調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行B．傾斜軌道以補償阻力C．小車靠近打點計時器靜止釋放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2所示。選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為__________。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為：__________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。誤差來源及分析分析誤差來源及分析分析（1）交流電頻率變化引起的誤差交流電源的頻率出現(xiàn)波動時,打點周期會隨之變化.頻率升高時,打點周期減小,由于計算時仍按照原打點周期值,各點的瞬時速度的測量值將偏小,加速度的測量也會偏小值(2)位移的測量引起誤差如果各計數(shù)點間的位移較小或相鄰計數(shù)點之問的位移之差較小，位移測量的相對誤差就會較大，從而導(dǎo)致速度和加速度的測量誤差較大.1．（2021·山東日照·統(tǒng)考三模）小明同學(xué)用如圖甲所示的裝置研究小車的勻變速直線運動，請你幫助小明完成實驗。（1）除了圖甲中標(biāo)出的器材外，還需要___________（請?zhí)钸x項前的字母序號）A．彈簧測力計

B．刻度尺

C．天平

D．秒表（2）實驗中，必要的措施是___________（請?zhí)钸x項前的字母序號）A．重物的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量B．先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車C．小車與滑輪間的細線要盡可能與木板平行D．長木板的一端墊高，直到小車不掛重物時能夠勻速下滑（3）實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖乙所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個點未畫出。小車的加速度大小___________m/s2（要求充分利用測量的數(shù)據(jù)，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。2．（2022·新疆喀什·統(tǒng)考一模）（1）在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，給你以下器材：電磁打點計時器、電池組、紙帶、復(fù)寫紙、小車、鉤碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板。其中不需要的器材是___________，還需要增添的器材有___________。（2）關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”這一實驗，下列說法正確的是___________。A．長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低B．在釋放小車前，小車應(yīng)靠近打點計時器C．應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車D．打點計時器應(yīng)接在低壓直流電源上E．小車運動時要保持紙帶與打點計時器平面、木板平行F．作v--t圖象時，應(yīng)先描點后連線，并且要把描出的所有點都連接起來考法2數(shù)據(jù)處理及規(guī)律方法一、數(shù)據(jù)處理1.目的通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，確定物體的運動性質(zhì)等.方法（1）分析物體的運動性質(zhì)——測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質(zhì).（2）利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)（3）利用平均速度求瞬時速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T)（4）利用速度—時間圖象求加速度①作出速度—時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；②剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度.二、依據(jù)紙帶判斷物體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；2.Δx是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2….3.T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T＝0.02n(打點計時器的頻率為50Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù))；4.Δx＝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?！镜淅?】（2023·全國·統(tǒng)考高考真題）某同學(xué)利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。

（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s．以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移填到表中，小車發(fā)生對應(yīng)位移和平均速度分別為和，表中________cm，________。位移區(qū)間ABACADAEAF6.6014.6034.9047.3066.073.087.394.6（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度隨時間的變化關(guān)系，如圖（c）所示。在答題卡上的圖中補全實驗點_____。

（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的圖線可視為一條直線，此直線用方程表示，其中________，________cm/s。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小________，小車的加速度大小________。（結(jié)果用字母k、b表示）1．（2022·安徽·模擬預(yù)測）某同學(xué)用如圖甲所示裝置研究物塊的勻變速直線運動。（1）實驗所用的打點計時器如圖乙所示，該打點計時器所用的電源是()A．的交流電B．的直流電C．的交流電（2）實驗中得到一條清晰的紙帶如下圖所示，并在其上取7個點．以打A點為計時零點，以t為橫坐標(biāo)、（其中d為各點到A點的距離，t表示A點到各點的運動時間）為縱坐標(biāo)，得到圖象的斜率為k，則加速度的大小為________；圖線與縱軸的交點表示的物理意義是：________。（3）該同學(xué)認為：圖象中的圖線與時間軸圍成的面積表示物塊在t時間內(nèi)運動的位移大?。挠^點是________（選填“正確”或“錯誤”）的。2．（2023·全國·模擬預(yù)測）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖給出了從0點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中0、1、2、3、4、5、6都為計數(shù)點。測得：s1=1.40cm，s2=1.90cm，s3=2.38cm，s4=2.88cm，s5=3.39cm，s6=3.87cm。那么：(1)在計時器打出點1、2、3、4、5、6時，小車的速度分別為：v1=________m/s，v2=_________m/s，v3=_________m/s，v4=_________m/s，v5=_________m/s。(2)在平面直角坐標(biāo)系中作出速度—時間圖象。()(3)分析小車運動速度隨時間變化的規(guī)律。()(4)計算小車的加速度（兩種最合理的方法）。()考法3實驗創(chuàng)新與改進實驗器村的創(chuàng)新當(dāng)提供光電門和刻度尺，我們可以測出遮光片的寬度d，借助求出物體通過光電門的速度，再由，測出物體的加速度。當(dāng)提供閃光照相機和刻度尺，我們可以用處理紙帶的方法，求出物體的瞬時速度及物體的加速度。數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新如果測得物體運動的位移和對應(yīng)時間可分兩種情況考查，是初速度為零,則，因此作出圖像；二是物體的初速度不為零，則，可得，因此作出圖像兩種情況下，此兩種情況圖像斜率的2倍即為物體的加速度。【典例3】（2023·河北·一模）某同學(xué)利用滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運動測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，如圖（a）所示，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、數(shù)字計時器、光電門等。導(dǎo)軌下方兩支點間的距離為l。實驗步驟如下：(1)開動氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)光電門A記錄的遮光時間________（填“大于”“小于”或“等于”）光電門B記錄的遮光時間時，認為氣墊導(dǎo)軌水平；(2)用游標(biāo)卡尺測量遮光片寬度d。如圖（b）所示，d=_______cm；(3)在導(dǎo)軌左支點下加一高度為h的墊塊，讓滑塊從導(dǎo)軌頂端滑下，記錄遮光片經(jīng)過A、B兩處光電門的光時間△t1、△t2及遮光片從A運動到B所用的時間t12，可求出重力加速度g=______（用題中給出的物理量符號表示）；(4)分析實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重力加速度的測量值比該地的實際值偏小，寫出一條產(chǎn)生這一結(jié)果的可能原因：______。1.（2022·四川自貢·富順第二中學(xué)校校聯(lián)考模擬預(yù)測）某物理小組利用DIS裝置測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭，實驗裝置如圖甲所示。在鐵架臺上安裝有兩個光電門（與數(shù)據(jù)采集器和計算機的連接均未畫出），光電門A固定，光電門B位置可上下移動，實驗前調(diào)整兩光電門的位置，使小球下落過程中其球心通過光電門中的細光束。(1)用游標(biāo)卡尺測定小鐵球的直徑，測量結(jié)果如圖乙所示，則可知其直徑D=__________mm。(2)在小鐵球自由下落過程中，小組成員用計時裝置測出鐵球通過光電門A的時間為ΔtA，并用小鐵球通過光電門的平均速度表示小鐵球球心通過光電門的瞬時速度，則小鐵球通過光電門A的瞬時速度vA=_________。（用實驗中測得的物理量符號表示）(3)光電門A的位置不變，小組成員多次改變并測出光電門B到光電門A之間的距離h，實驗時使小鐵球每次從同一位置無初速釋放。根據(jù)每次小鐵球通過光電門B的時間，測算出小鐵球經(jīng)過光電門B時對應(yīng)的速度，在坐標(biāo)系中畫出與h的關(guān)系圖線，如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=_________m/s2。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）2.（2022·天津河北·統(tǒng)考一模）疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主開展實驗探究。用手機拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，實驗裝置如題圖1所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實驗中下落物體的是_____。(2)下列主要操作步驟的正確順序是_____。（填寫各步驟前的序號）①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③手機固定在三角架上，調(diào)整好手機鏡頭的位置④打開手機攝像功能，開始攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如題圖2所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時間間隔為，刻度尺的分度值是，由此測得重力加速度為_____。(4)在某次實驗中，小明釋放小球時手稍有晃動，視頻顯示小球下落時偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，_____（選填“仍能”或“不能”）用(3)問中的方法測出重力加速度?！净A(chǔ)過關(guān)】1．（2023·廣東茂名·模擬預(yù)測）用打點計時器測量重力加速度的實驗裝置如圖所示．當(dāng)紙帶在鉤碼帶動下向下運動時，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．（1）該實驗中,下列方法有助于減小實驗誤差的是___________.A．應(yīng)從紙帶上的第一個點跡開始測量、計算B．選用的鉤碼的質(zhì)量應(yīng)盡可能小些C．操作時，應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源D．打點計時器的上下兩限位孔應(yīng)在同一豎直線上（2）某同學(xué)在正確操作下，選取了一條點跡清晰的紙帶，并測得連續(xù)三段相鄰點的距離，但不小心將該紙帶撕成了三段，并丟失了中間段的紙帶，剩余的兩段紙帶如圖所示，其中A、B兩點的距離x1=9.8mm,C、D兩點的距離x2=17.6mm.已知電源的頻率為50Hz.在打點計時器打下C、D兩點的過程中，鉤碼的平均速度v=_____

m/s.（3）實驗測得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=____________2．（2021·湖南·模擬預(yù)測）利用圖甲裝置可以測量滑塊的加速度。氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處裝有兩個光電傳感器1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為M，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連?；瑝K在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器1、2時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖像。（1）實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，計算機屏幕上顯示的電壓U隨時間t變化的圖像如圖乙所示，則要將氣墊導(dǎo)軌右側(cè)_______（調(diào)低或調(diào)高）。（2）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d=________mm；（3）若圖乙是正確操作所得圖像，則滑塊運動的加速度大小a=______（用題干已知物理量和測得物理量的字母符號表示）。3．（2023·全國·模擬預(yù)測）某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（a）所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下91個小水滴）(1)由圖（b）可知，小車在桌面上是______（填“從右向左”或“從左向右”）運動的；(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖（b）中A點位置時的速度大小為______m/s，加速度大小為______m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）【能力提升】1．（2022·河南鄭州·?？家荒＃┵だ孕泵鎸嶒灡蛔u為物理學(xué)史上最美實驗之一、研究小組嘗試使用等時性良好的“節(jié)拍法”來重現(xiàn)伽利略的斜面實驗，研究物體沿斜面運動的規(guī)律。實驗所用節(jié)拍頻率是每秒2拍，實驗裝置如圖（a）所示。在光滑傾斜的軌道上裝有可沿軌道移動的框架，框架上懸掛輕薄小金屬片，滑塊下滑撞擊金屬片會發(fā)出“?！钡穆曇簦ń饘倨瑢瑝K運動的影響可忽略）。實驗步驟如下：①從某位置（記為A0）靜止釋放滑塊，同時開始計拍調(diào)節(jié)框架的位置，使相鄰金屬片發(fā)出的“?！甭暻『瞄g隔1個拍，并標(biāo)記框架在軌道上的位置A1、A2、A3……；②測量A1、A2、A3……到A0的距離s1、s2、s3……如圖（b）所示。③將測量數(shù)據(jù)記錄于下表，并將節(jié)拍數(shù)n轉(zhuǎn)換成對應(yīng)時間t的平方。n123456s/cm9.538.586.2153.2240.3346.4t2/s20.251.00C4.006.259.00(1)表格中“C”處的數(shù)據(jù)應(yīng)為___________；(2)由表中數(shù)據(jù)分析可得，s與t2成___________關(guān)系（填“線性”或“非線性”）；(3)滑塊的加速度大小為___________m/s2（結(jié)果保留2位小數(shù)）。2．（2023·全國·模擬預(yù)測）用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律．主要實驗步驟如下：a．安裝好實驗器材．接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O（t=0），然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖3所示．結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：（1）在下列儀器和器材中，還需要使用的有____________和___________(填選項前的字母)．A．電壓合適的50Hz交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)（2）在圖3中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v-t圖像_____________．（3）觀察v-t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是___________．v-t圖像斜率的物理意義是______________________．（4）描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對△t的要求是______（選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的△x大小與速度測量的誤差______(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．（5）早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的．當(dāng)時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次，驗證了他的猜想．請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的_____________________．【真題感知】1．（2022·江蘇·高考真題）小明利用手機測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋瑢嶒瀳鼍叭鐖D1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(xué)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