第1章　第6讲　实验一　探究小车速度随时间变化的规律课件---2027高考一轮总复习物理

这是一份第1章　第6讲　实验一　探究小车速度随时间变化的规律课件---2027高考一轮总复习物理，共65页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，提能训练练案6，接通电源，放开小车，考点三创新实验提升，利用光电门测速度等内容，欢迎下载使用。
第6讲　实验一　探究小车速度随时间变化的规律
考点一　误差和有效数字
1．误差的定义误差是实验测量值(包括直接测量值和间接测量值)与真实值(客观存在的准确值)之差。2．误差分类(1)根据误差来源的不同，误差可分为系统误差和偶然误差。
(2)从分析数据看，误差分为绝对误差和相对误差。①绝对误差：绝对误差是测量值与被测物理量真实值之差(绝对值)。
3．有效数字的读数规则(1)有效数字的定义带有一位不确定数字的近似数所包含的所有数字，叫作有效数字。(2)有效数字的位数从左向右第一个非0数字开始算起的所有数字。例如，2.70，有三位有效数字，2.70最末一位数字0是不可靠的，但7是可靠的。因此小数最后一位的数字0是有意义的，不能随便舍去或添加。
(3)有效数字的表示为了正确表述有效数字，特别大或特别小的数都要用科学记数法表示，如0.013 3 m改写为1.33×10－2 m。(4)测量仪器的读数规则测量误差出现在哪一位，读数就应读到哪一位，最小刻度为“1”的仪器，应估读到最小刻度的十分之几。
考点二　实验　探究小车速度随时间变化的规律
一、实验原理1．打点计时器(1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时，每隔____ s打一次点。(2)结构①电磁打点计时器(如图)
②电火花打点计时器(如图)
2．求小车的速度与加速度
(3)利用速度—时间图像求加速度①作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解小车的加速度；②剪下相邻计数点间的纸带紧排在一起求解加速度。3．匀变速直线运动的判断(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2。(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v－t图像。若v－t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。
二、实验器材电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸。三、实验步骤1．按照课本实验原理图所示安装实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源；2．把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；3．把小车停靠在打点计时器处，先__________、后___________；
4．小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；5．换纸带重复做三次实验，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。四、注意事项1．平行：纸带、细绳要和长木板_______。2．两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；实验完毕应先断开电源，后取纸带。3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4．减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。5．靠近和远离：打点计时器应固定在远离定滑轮一端，小车应在靠近打点计时器的位置由静止释放。6．区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s。
7．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，距离过远的点舍去。
某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花打点计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源。
(1)电火花打点计时器的工作电压为________(选填“8 V”或“220 V”)。安装纸带时，需要将纸带置于________(选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的________(选填“上方”或“下方”)。
(2)需要的实验操作有________(多选)。A．调节滑轮使细线与轨道平行B．倾斜轨道以平衡阻力C．小车靠近打点计时器静止释放D．先接通电源再释放小车
(3)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果均保留两位有效数字)
(4)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图丙所示，请根据这些点在图丙中作出v－t图像，并根据图像计算出小车运动的加速度a＝________m/s2。(结果保留三位有效数字)
[答案]　(1)220 V　墨粉纸盘　下方　(2)ACD　(3)0.80　0.40　(4)如解析图　1.53(1.52、1.54均可)[解析]　(1)电火花计时器的工作电压为220 V。(2)实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，选项A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道平衡阻力，选项B错误；为了充分利用纸带，应使小车靠近打点计时器静止释放，选项C正确；应先接通电源再释放小车，选项D正确。故选ACD。
(4)将误差较大的点忽略，将其他点用一条直线拟合，如图所示。
2．计时方法的改进采用频闪照相法和滴水法获得两点间的时间间隔打点计时器。
3．加速度计算方法的改进
(2025·江西上饶一模)某学习小组利用手机安装的APP(phyphx)、带刻度尺的轨道、小车和几粒小磁粒等，设计了一个测量小车在斜面上做匀变速直线运动加速度的实验。操作如下：
(1)用游标卡尺测量以下长度：小车的车身为11.735 cm；测得小磁粒直径读数如图乙，为________cm。
(2)在小车车身前、后端分别固定一个小磁粒。将带刻度尺的轨道一端垫高，形成斜面。小车车身前端小磁粒中心与“0”刻度线对齐，每次实验小车都从“0”刻度线处无初速度释放。智能手机顶部紧贴轨道，如图甲所示。第一次将智能手机的左边缘与位置L1＝20 cm刻度线对齐，运行智能手机中的phyphx程序，打开磁力计。释放小车，当小车从智能手机附近经过时，小车前后端的磁粒引发的空间磁场变化被智能手机中的磁力计感知，并记录下来；将智能手机位置换至L2＝70 cm处同样对齐，再做一次。两次操作记录的数据如图丙所示。由图丙可知，智能手机磁力计测得小车经过20 cm处用时约为0.69 s，根据实验数
据可求得小车经过20 cm处的速度为v1＝________m/s(结果保留2位小数)；同理可得小车经过70 cm处的速度为v2，则小车的加速度为a＝________(用v1，v2，L1，L2表示)。
[解析]　(1)测得小磁粒直径为d＝5 mm＋3×0.05 mm＝5.15 mm＝0.515 cm。(2)小车经过20 cm处的速度为
(2024·贵州卷·11题)智能手机内置很多传感器，磁传感器是其中一种。现用智能手机内的磁传感器结合某应用软件，利用长直木条的自由落体运动测量重力加速度。主要步骤如下：
(1)在长直木条内嵌入7片小磁铁，最下端小磁铁与其他小磁铁间的距离如图(a)所示。(2)开启磁传感器，让木条最下端的小磁铁靠近该磁传感器，然后让木条从静止开始沿竖直方向自由下落。(3)以木条释放瞬间为计时起点，记录下各小磁铁经过传感器的时刻，数据如下表所示：
(4)根据表中数据，补全图(b)中的数据点，并用平滑曲线绘制下落高度h随时间t变化的h－t图线。(5)由绘制的h－t图线可知，下落高度随时间的变化是________(填“线性”或“非线性”)关系。(6)将表中数据利用计算机拟合出下落高度h与时间的平方t2的函数关系式为h＝4.916t2(SI)。据此函数可得重力加速度大小为________m/s2。(结果保留3位有效数字)[答案]　(4)见解析图　(5)非线性　(6)9.83
[解析]　(4)由表中数据在图(b)中描点画图，如图所示。
(5)由绘制的h－t图线可知，下落高度随时间的变化是非线性关系。
1．(2026·河北沧州联考)某同学用如图1所示的实验装置研究小车做匀变速直线运动的特点。(1)实验中，除打点计时器(含交流电源、纸带)、小车、平板和重物外，在下面的器材中，必须使用的是________(选填选项前的字母)。A．刻度尺　　B．秒表　　C．天平
(3)另一位同学更换重物后，用下述方法计算小车运动的加速度：在纸带上依次取O、A、B、C、D、E、F若干个计数点，每两个计数点间还有4个点未画出，如图3所示。相邻两计数点间的距离分别是：OA＝7.05 cm、AB＝7.68 cm、BC＝8.31 cm、CD＝8.95 cm、DE＝9.57 cm、EF＝10.20 cm，则小车的加速度a＝________m/s2(保留3位有效数字)。
[答案]　(1)A　(2)越小越好　(3)0.631
[解析]　(1)在除所给仪器和器材外，还需要刻度尺，用它来测量各点间的位移大小，从而算出各点速度大小，打点计时器可以测量时间，不需要秒表和天平。故选A。
2．(2026·河北邢台市调研)实验小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。
(1)实验操作前，________平衡阻力(选填“需要”或“不需要”)。
(2)规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图乙所示，则纸带上打计数点2时小车速度大小v2＝________m/s；小车运动的加速度大小a＝________m/s2(结果均保留3位有效数字)。(3)某次实验中交流电源的频率发生了变动，频率变成了49 Hz，但做实验的同学仍按照50 Hz进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，该误差属于_______ (选填“系统”或“偶然”)误差。[答案]　(1)不需要　(2)0.504　1.50　(3)偏大　系统
[解析]　(1)本实验是探究小车速度随时间变化的规律，因此不需要平衡阻力。(2)相邻两计数点间的时间间隔为T＝0.1 s打计数点2时小车速度大小
3．(2025·辽宁抚顺联考)用滴水法可以测定重力加速度的值。方法：在自来水水龙头下面固定一块挡板A，使水一滴一滴连续地滴落到挡板上，如图甲所示，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一滴水滴在挡板上的声音的同时，下一滴水刚好开始下落。首先量出水龙头口离挡板的高度h，再用停表计时，计时方法：当听到某一滴水滴在挡板上的声音的同时，开启停表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3…”，一直数到“n”时，按下停表按钮停止计时，读出停表的示数为t。
(1)写出用上述所测量数据计算重力加速度g的表达式：________。(2)为了减小误差，改变h的数值，测出多组数据，记录在表格中(表中t′是水滴从水龙头口到A板所用的时间，即水滴在空中运动的时间)，请在图乙所示的坐标纸上作出适当的图像，并利用图像求出重力加速度g的值：g＝________m/s2(保留两位有效数字)
4．某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。(1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要________(填“天平”或“刻度尺”)；
(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50 cm，记录时间间隔的数据如表所示，
根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝__________m/s(结果保留两位有效数字)；(3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝________________(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：__________________________________________________。
5．利用下图(a)所示的装置测量滑块运动的加速度，将木板固定在水平桌面上，光电门A固定在木板上靠近滑块处，光电门B的位置可移动，利用一根压缩的短弹簧来弹开带有遮光片的滑块。实验步骤如下：(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图(b)所示，d＝________cm。
(3)保持光电门A的位置不动，逐次改变光电门B的位置，每次都使滑块从O位置弹开，用计时器记录每次相应的t值，并用刻度尺测量A、B之间相应的距离s。每次实验重复几次测量后取平均值，这样可以减少实验的________误差(填“偶然”或“系统”)。
[答案]　(1)0.860　(2)滑块在A至B段的平均速度的大小　(3)偶然　(4)2.3(2.2～2.4)
6．(2026·湖南省名校联盟开学考)物理实验课上，甲、乙两同学自主设计实验方案测当地的重力加速度，方案如下：甲同学的方案：(1)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，重物接上纸带，纸带穿过打点计时器。打开电源，释放纸带，让重物做自由下落运动，得到纸带。
(2)打出的纸带如图乙所示，连续打出的实验点作为计数点1、2、3、4、5、6、7、8、9等，电源的频率为50 Hz，实验时纸带的________ (选填“左”或“右”)端应和重物相连接，由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)。乙同学的方案：(3)如图丙所示，让小铁球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，注意：图中未画出光电门B所接计时器。(4)用螺旋测微器测量铁球的直径，如图丁所示，则其直径为d＝________mm。
(5)用刻度尺测量出AB之间距离h。
[解析]　(2)重物做匀加速直线运动，相等时间间隔内通过的位移越来越大，则打点间距越来越大，可知实验时纸带的右端应和重物相连接；由题图乙纸带数据，可得x2＝2.02 cm，x7＝3.94 cm根据x7－x2＝5gT2，
(4)螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由题图丙可知铁球的直径为d＝8 mm＋47.5×0.01 mm＝8.475 mm。