(考点分析) 第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-2023年高考物理一轮系统复习学思用

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【考点分析】　第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律【考点一】  对实验步骤的考查【典型例题1】  （2021·四川省阆中中学）在研究匀变速直线运动中，某同学用一端装有定滑轮的长木板、小车、打点计时器（频率为50 Hz）、钩码、纸带、细线组成如图甲所示的装置，用钩码拉动小车，使其做匀变速直线运动，得到如图乙所示的一条纸带，纸带中相邻两个计数点之间有四个点未标出。(1)某同学操作实验步骤如下，有错误或不需要的步骤是______（填写字母）。A．将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C.适当抬高长木板的左端，在不挂钩码的情况下，轻推小车，小车能匀速运动D.把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码E.将小车移至靠近打点计时器处F.先释放纸带，再接通打点计时器(2)用毫米刻度尺测量得到图乙中A点与其他计数点间的距离为：AB＝3.00 cm、AC＝10.16 cm、AD＝21.48 cm、AE＝36.95 cm，则打下D点时小车的速度大小为______ m/s；小车的加速度为________ m/s2。（结果保留三位有效数字）【解析】  (1)[1]其中不需要的步骤是C，本实验在研究匀变速度直线运动，是否存在摩擦阻力，对实验没有影响，只要加速度恒定即可；错误的是F，实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，所以应该先接通电源，再释放纸带。(2)[2]由于计时器打点的时间间隔为0.02s，相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出，所以相邻两个计数点之间的时间间隔为T=0.1s。根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小vD＝ =×10－2=1.34m/s；[3]根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得a= =×10－2=4.16m/s2；【答案】    (1) CF    (2) 1.34    (3) 4.16【归纳总结】 (1)处理纸带时，一定要分清计时点和计数点间的区别，搞清计数点之间的时间间隔T.(2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法．纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度．【考点二】  误差分析【典型例题2】  （2021·山东省兖矿一中）在研究匀变速直线运动实验中，在打点计时器打下的纸带上，选取一段如图所示，实验员告知同学们交流电的频率为50Hz，图中每两点中间还有四点没有画出；用刻度尺量得A到B、C、D、E各点的距离依次为：1.23cm、3.71cm、7.44cm和12.42cm，则打C点时物体的瞬间速度大小为________m/s；该匀变速直线运动的加速度的大小为________m/s2（以上结果均保留3位有效数字）．若实际上交流电的频率为51Hz，则上面计算出的加速度值比实际值_______．（填“偏大”、“偏小”或“不偏”）【解析】  （1）打C点时物体的速度，等于物体打AE点间的平均速度：vc= m/s=0.311m/s；（2）利用逐差法求加速度：AB间的距离s1=1.23cm，BC间的距离s2=3.71cm－1.23cm =2.48cm，CD间的距离s3=7.44cm－3.71cm =3.73cm；DE间的距离s4=12.42cm－7.44cm =4.98cm．利用逐差法求加速度可得：a== ×10－2m/s2=1.25m/s2；（3）求加速度的公式为a== △s f 2，由题意知道：f测<f实，所以a测<a实，即计算出的加速度比实际值偏小．【答案】    (1) 0.311    (2) 1.25    (3)偏小【考点三】  图像分析【典型例题3】  某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系.使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器.实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近，将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出－Δt图，如图(c)所示.完成下列填空：(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和Δt的关系式为 ＝________.(2)由图(c)可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2.(结果保留3位有效数字)【解析】  (1)设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知：v＝vA＋aΔt，且＝联立解得：＝vA＋aΔt；(2)由题图(c)可读出vA≈52.1 cm/s，图线的斜率k＝a＝ cm/s2≈8.28 cm/s2，即a≈16.6 cm/s2. 【答案】  (1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6【归纳总结】1．v－t图象的截距表示物体运动的初速度．2．v－t图象的斜率表示物体运动的加速度，可用a＝来求解加速度3．研究物体运动速度随时间的变化规律，除使用打点计时器外，也可以采用频闪照相利用光电门测量瞬时速度，还可以用数字信息系统(DIS)来测量物体的瞬时速度，并测量运动的加速度，从而作出v－t图象，找出速度随时间变化的规律.