2025年高考物理復(fù)習(xí)講義第一章實(shí)驗(yàn)一　測量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度（含解析）

實(shí)驗(yàn)一測量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度●注意事項(xiàng)1．平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行．2．靠近：釋放小車前，應(yīng)使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置．3．一先一后：實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車；實(shí)驗(yàn)后先斷開電源，后取下紙帶．4．減小誤差：小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小使紙帶上打的點(diǎn)過于密集．5．紙帶選?。哼x擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)．6．準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線．●誤差分析1．使用刻度尺測計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離時(shí)有誤差．2．作v-t圖像時(shí)出現(xiàn)作圖誤差．3．電源頻率不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)的時(shí)間間隔不完全相同．考點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)典例(2023·全國甲卷)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度與時(shí)間的關(guān)系．讓小車左端和紙帶相連．右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連．鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶．某次實(shí)驗(yàn)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s．以打出A點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生對應(yīng)位移所用時(shí)間和平均速度分別為Δt和eq\x\to(v)，表中ΔxAD＝________cm，eq\x\to(v)AD＝________cm/s.位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30eq\x\to(v)(cm/s)66.073.0eq\x\to(v)AD87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度eq\x\to(v)隨時(shí)間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示．請?jiān)趫D(c)中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)．(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的eq\x\to(v)－Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程eq\x\to(v)＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________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(yùn)動(dòng)，得到打出A點(diǎn)時(shí)小車速度大小vA＝________，小車的加速度大小a＝________.(結(jié)果用字母k、b表示)變式研究小車勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，其中斜面傾角可調(diào)．已知電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的周期為0.02s．紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出．(1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．調(diào)整傾角，使小車能夠勻速下滑．B．關(guān)閉電源，取出紙帶．C．接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后放開小車．D．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，將紙帶穿過限位孔．E．將小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，小車尾部與紙帶相連．F．選擇220V交流電源并接好電路．G．選擇6～8V直流電源并接好電路．H．選擇6～10V交流電源并接好電路．選擇其中必需的實(shí)驗(yàn)步驟并按正確的先后順序排列：____________(用字母填寫)．(2)小車加速度大小的計(jì)算式應(yīng)為a＝________.(3)如果當(dāng)時(shí)電源中交變電流的周期不正常，比已知的T略大，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________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．/高/分/技/法實(shí)驗(yàn)誤差分析1．交流電源的頻率變化引起誤差交流電源的頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)周期會(huì)隨之變化．頻率升高時(shí)，打點(diǎn)周期減小，由于計(jì)算時(shí)仍按照原打點(diǎn)周期值，各點(diǎn)的瞬時(shí)速度的測量值vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)將偏小，加速度的測量值a＝eq\f(Δx,T2)也會(huì)偏?。?．位移的測量引起誤差如果各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移較小或相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移之差較小，位移測量的相對誤差就會(huì)較大，從而導(dǎo)致速度和加速度的測量誤差較大．考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置/原理圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新(1)滑塊在斜面上靠重力沿斜面的分力與摩擦力的合力獲得加速度．(2)擋光片經(jīng)過光電門的平均速度作為滑塊的速度．(3)平均速度的大小與擋光片的長度有關(guān)實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新(1)用滴水針頭滴水替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶．(2)小車在水平桌面上因摩擦做勻減速運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新(1)鐵球靠重力產(chǎn)生加速度．(2)鐵球由A門到B門的時(shí)間可由數(shù)字毫秒計(jì)讀出．(3)鐵球的加速度由eq\f(x,t)-t圖線分析得出1．[實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新]如圖甲所示為利用光電門測瞬時(shí)速度的裝置，鐵架臺放在水平臺面上，上端固定電磁鐵M，電磁鐵正下方安裝一個(gè)位置可上下調(diào)節(jié)的光電門A.(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑d＝________mm.(2)接通電磁鐵M的開關(guān)，吸住小球：測出小球與光電門A間的高度差h1＝46.34cm；斷開開關(guān)，小球自由下落，記錄小球通過光電門的擋光時(shí)間t1.數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示t1＝5.00ms(即5.00×10－3s)，則小球通過光電門A時(shí)的速度大小v1＝________m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．(3)某同學(xué)利用公式g＝eq\f(v\o\al(2,1),2h1)計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，忽略空氣阻力的影響，你認(rèn)為該同學(xué)的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值相比會(huì)________(填“偏大”或“偏小”)．2．[實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新]用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置．從某時(shí)刻(t＝0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233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(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是______________________________.(2)當(dāng)x＝507m時(shí)，該飛行器速度的大小v＝________m/s.(3)這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝________m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．答案及解析考點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)典例(2023·全國甲卷)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度與時(shí)間的關(guān)系．讓小車左端和紙帶相連．右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連．鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶．某次實(shí)驗(yàn)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s．以打出A點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生對應(yīng)位移所用時(shí)間和平均速度分別為Δt和eq\x\to(v)，表中ΔxAD＝________cm，eq\x\to(v)AD＝________cm/s.位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30eq\x\to(v)(cm/s)66.073.0eq\x\to(v)AD87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度eq\x\to(v)隨時(shí)間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示．請?jiān)趫D(c)中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)．(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的eq\x\to(v)－Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程eq\x\to(v)＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________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(yùn)動(dòng)，得到打出A點(diǎn)時(shí)小車速度大小vA＝________，小車的加速度大小a＝________.(結(jié)果用字母k、b表示)解析：(1)根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm；平均速度eq\x\to(v)AD＝eq\f(xAD,3T)＝80.0cm/s.(2)根據(jù)第(1)小題結(jié)果補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)如圖甲所示．(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的eq\x\to(v)－Δt圖線可視為一條直線，圖像如圖乙所示．此直線用方程eq\x\to(v)＝kΔt＋b表示，由圖像可知k＝eq\f(101.0－59.0,0.6)cm/s2＝70.0cm/s2，b＝59.0cm/s.(4)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，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\to(v)＝vA＋eq\f(1,2)at，故根據(jù)圖像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k.答案：(1)24.0080.0(2)見解析圖甲(3)70.059.0(4)b2k變式研究小車勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，其中斜面傾角可調(diào)．已知電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的周期為0.02s．紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出．(1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．調(diào)整傾角，使小車能夠勻速下滑．B．關(guān)閉電源，取出紙帶．C．接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后放開小車．D．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，將紙帶穿過限位孔．E．將小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，小車尾部與紙帶相連．F．選擇220V交流電源并接好電路．G．選擇6～8V直流電源并接好電路．H．選擇6～10V交流電源并接好電路．選擇其中必需的實(shí)驗(yàn)步驟并按正確的先后順序排列：____________(用字母填寫)．(2)小車加速度大小的計(jì)算式應(yīng)為a＝________.(3)如果當(dāng)時(shí)電源中交變電流的周期不正常，比已知的T略大，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________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．解析：(1)由于電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)用220V交流電，因此G、H不選，另外由于只測加速度，不用平衡摩擦力，A步驟不選．具體步驟為：先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，后接好電源，放好小車，連好紙帶，接通電源，放開小車，最后斷開電源，取出紙帶，因此步驟是FDECB(或DFECB)．(2)由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s，設(shè)A到B之間的距離為x1，以后各段分別為x2、x3、x4、x5、x6，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，為了更加準(zhǔn)確地求解加速度，對三個(gè)加速度取平均值得eq\x\to(a)＝eq\f(1,3)(a1＋a2＋a3)，即小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為a＝eq\f(d6－d3－d3,9T2)＝eq\f(d6－2d3,9T2).(3)交變電流的周期比已知的T略大，使得打點(diǎn)時(shí)間間隔變長，最后測量的Δv偏大，而計(jì)算時(shí)認(rèn)為周期正常，因此測量出的加速度的值偏大．答案：(1)FDECB(或DFECB)(2)eq\f(d6－2d3,9T2)(3)偏大考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)1．[實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新]如圖甲所示為利用光電門測瞬時(shí)速度的裝置，鐵架臺放在水平臺面上，上端固定電磁鐵M，電磁鐵正下方安裝一個(gè)位置可上下調(diào)節(jié)的光電門A.(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑d＝________mm.(2)接通電磁鐵M的開關(guān)，吸住小球：測出小球與光電門A間的高度差h1＝46.34cm；斷開開關(guān)，小球自由下落，記錄小球通過光電門的擋光時(shí)間t1.數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示t1＝5.00ms(即5.00×10－3s)，則小球通過光電門A時(shí)的速度大小v1＝________m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．(3)某同學(xué)利用公式g＝eq\f(v\o\al(2,1),2h1)計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，忽略空氣阻力的影響，你認(rèn)為該同學(xué)的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值相比會(huì)________(填“偏大”或“偏小”)．解析：(1)小球的直徑為d＝15mm＋3×0.1mm＝15.3mm.(2)小球通過光電門A時(shí)的平均速度為v1＝eq\f(d,t1)＝eq\f(15.3×10－3m,5.00×10－3s)＝3.06m/s.(3)高度差h1是小球的底部到光電門A頂部的距離，測速度v1是利用小球通過光電門A的平均速度代替瞬時(shí)速度，求解的速度大于小球經(jīng)過光電門A頂部的速度，由g＝eq\f(v\o\al(2,1),2h1)公式可知，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊挠?jì)算值大于真實(shí)值．答案：(1)15.3(2)3.06(3)偏大2．[實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新]用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置．從某時(shí)刻(t＝0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233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(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是______________________________.(2)當(dāng)x＝507m時(shí)，該飛行器速度的大小v＝________m/s.(3)這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝________m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．解析：(1)第1s內(nèi)的位移507