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2018版高考物理配套文档：第一章 实验1 用打点计时器测速度 实验2 探究小车速度随时间变化的规律 Word版含解析
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这是一份2018版高考物理配套文档：第一章 实验1 用打点计时器测速度 实验2 探究小车速度随时间变化的规律 Word版含解析，共8页。
实验1：用打点计时器测速度
1．打点计时器是计时仪器，电磁打点计时器是使用4～6 V交流电源；电火花计时器是使用220 V交流电源，当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02_s打一个点．
2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，再释放小车．
3．根据v＝eq \f(Δx,Δt)可求出任意两点间的平均速度，Δx是纸带上两点间的距离，Δt是这两点间的时间间隔．
实验2：探究小车速度随时间变化的规律
1．实验器材
电火花计时器(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．
2．实验步骤
(1)按照实验原理图所示实验装置，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，先接通电源，后释放小车；
(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；
(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．
3．注意事项
(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．
(2)两先两后：实验中应先接通电源，后释放小车；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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．
(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．
1．数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等．
(2)处理的方法
①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质．
②利用逐差法求解平均加速度(如图1)
图1
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)
③利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)
④利用速度—时间图象求加速度
a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；
b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．
2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
(1)x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．
(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)．
(4)Δx＝aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量．这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等.
命题点一 教材原型实验
例1 某同学用如图2甲所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律．
图2
实验步骤如下：
A．安装好实验器材；
B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；
C．测出x1、x2、x3、….
结合上述实验步骤，请你继续完成下列问题：
(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)
A．电压合适的50 Hz交流电源
B．电压可调的直流电源
C．秒表
D．刻度尺
E．天平
F．重锤
G．弹簧测力计
H．滑动变阻器
(2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是T，则打c点时小车的速度大小是________．
解析 (2)因小车做匀加速直线运动，所以x3－x2＝x2－x1，即2x2＝x1＋x3，c点是bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度，vc＝eq \f(x2＋x3,10T).
答案 (1)AD (2)x3－x2＝x2－x1(或2x2＝x1＋x3) eq \f(x2＋x3,10T)
例2 实验中，如图3所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s.
图3
(1)根据纸带可判定小车做________运动．
(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________ m/s，vC＝__________ m/s，vB＝__________ m/s.以A点为零时刻，在如图4所示坐标系中作出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________.
图4
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是
________________________________________________________________________.
解析 (1)根据纸带提供的数据可知
xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，
故小车做匀加速直线运动．
(2)根据v＝eq \x\t(v)可知
vD＝eq \f(105.60－27.60×10－2,0.2) m/s
＝3.90 m/s
vC＝eq \f(60.30－7.50×10－2,0.2) m/s＝2.64 m/s
vB＝eq \f(27.60×10－2,0.2) m/s＝1.38 m/s
描点连线得如图所示v－t图线，根据图线斜率知
a＝12.60 m/s2.
(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度．
答案 (1)匀加速直线 (2)3.90 2.64 1.38 见解析图 12.60 m/s2 (3)零时刻小车经过A点的速度
题组阶梯突破
1．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上的点迹的说法正确的是( )
A．点迹记录了物体运动的时间
B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
D．纸带上的点越密，说明物体运动得越快
答案 ABC
解析 从打点计时器的用途出发对选项进行筛选．打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，点迹越密说明物体运动越慢．
2．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是( )
A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处
C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
答案 A
解析 长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故选项A错误．
3．在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________.
A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
B．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路
C．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车
D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面
E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次
F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的起始点下面记作0，往后数五个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离
G．根据公式a1＝eq \f(x4－x1,3T2)、a2＝eq \f(x5－x2,3T2)、a3＝eq \f(x6－x3,3T2)及a＝eq \f(a1＋a2＋a3,3)，求出a
答案 ABCDFG
解析 在实验中应尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小系统误差又要减小偶然误差．其中E项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源．
命题点二 拓展创新实验
例3 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，小车做匀加速直线运动，打点计时器接在50 Hz的低压交变电源上．某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图5所示，由此可以得到一条表示v－t关系的图线，从而求出加速度的大小．
图5
(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v－t关系的图线．
(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为________ m/s2.
解析 (1)纸带的长度表示位移，由于每条纸带宽度相同，也就是时间相同，因此长度也表示速度的大小，因此各个顶点连线就可以表示v－t关系的图线．
(2)0.15 s恰好是BC的中间时刻，因此需要测出BC的长度，也就是纸带b的长度．
(3)根据匀变速直线运动的规律Δx＝aT2，由于相邻两段的时间间隔都是0.1 s，可得：a＝eq \f(xe－xa,4T2)＝2.0 m/s2.
答案 (1)如图所示 (2)b (3)2.0
题组阶梯突破
4．如图6是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
图6
(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．
(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距x＝________；C点对应的速度是________(计算结果保留两位有效数字)．
答案 (1)0.02 s (2)0.70 cm 0.10 m/s
解析 (1)打点计时器频率为50 Hz，周期T＝eq \f(1,f)＝0.02 s，故打相邻两点的时间间隔为0.02 s.
(2)两相邻计数点间的时间间隔为t＝0.02×5 s＝0.1 s，由图读出x＝7.0 mm＝0.70 cm.C点对应的速度vC＝eq \f(xBC＋xCD,2t)＝eq \f(0.90＋1.10,2×0.1) cm/s＝0.10 m/s.
5．某同学用如图7甲所示的实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”：
图7
(1)电磁打点计时器接________电源(填“低压直流”“低压交流”或“220 V交流”)．
(2)实验时，使小车靠近打点计时器，先________再________．(填“接通电源”或“放开小车”)
(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔________秒打一个点．
(4)图乙是绘出的小车速度—时间关系图线，根据图线求出小车的加速度为a＝________ m/s2.(保留三位有效数字)
答案 (1)低压交流 (2)接通电源 放开小车
(3)0.02 (4)0.682
解析 (1)电磁打点计时器接低压交流电源．(2)实验时，使小车靠近打点计时器，先接通电源再放开小车．(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔0.02 s打一个点．(4)在v－t图象中图线的斜率表示加速度，即a＝eq \f(Δv,Δt)＝0.682 m/s2.知识内容
必考要求
加试要求
实验1：用打点计时器测速度
√
实验2：探究小车速度随时间变化的规律
√
实验1：用打点计时器测速度
1．打点计时器是计时仪器，电磁打点计时器是使用4～6 V交流电源；电火花计时器是使用220 V交流电源，当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02_s打一个点．
2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，再释放小车．
3．根据v＝eq \f(Δx,Δt)可求出任意两点间的平均速度，Δx是纸带上两点间的距离，Δt是这两点间的时间间隔．
实验2：探究小车速度随时间变化的规律
1．实验器材
电火花计时器(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．
2．实验步骤
(1)按照实验原理图所示实验装置，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，先接通电源，后释放小车；
(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；
(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．
3．注意事项
(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．
(2)两先两后：实验中应先接通电源，后释放小车；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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．
(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．
1．数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等．
(2)处理的方法
①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质．
②利用逐差法求解平均加速度(如图1)
图1
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)
③利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)
④利用速度—时间图象求加速度
a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；
b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．
2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
(1)x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．
(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)．
(4)Δx＝aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量．这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等.
命题点一 教材原型实验
例1 某同学用如图2甲所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律．
图2
实验步骤如下：
A．安装好实验器材；
B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；
C．测出x1、x2、x3、….
结合上述实验步骤，请你继续完成下列问题：
(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)
A．电压合适的50 Hz交流电源
B．电压可调的直流电源
C．秒表
D．刻度尺
E．天平
F．重锤
G．弹簧测力计
H．滑动变阻器
(2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是T，则打c点时小车的速度大小是________．
解析 (2)因小车做匀加速直线运动，所以x3－x2＝x2－x1，即2x2＝x1＋x3，c点是bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度，vc＝eq \f(x2＋x3,10T).
答案 (1)AD (2)x3－x2＝x2－x1(或2x2＝x1＋x3) eq \f(x2＋x3,10T)
例2 实验中，如图3所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s.
图3
(1)根据纸带可判定小车做________运动．
(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________ m/s，vC＝__________ m/s，vB＝__________ m/s.以A点为零时刻，在如图4所示坐标系中作出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________.
图4
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是
________________________________________________________________________.
解析 (1)根据纸带提供的数据可知
xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，
故小车做匀加速直线运动．
(2)根据v＝eq \x\t(v)可知
vD＝eq \f(105.60－27.60×10－2,0.2) m/s
＝3.90 m/s
vC＝eq \f(60.30－7.50×10－2,0.2) m/s＝2.64 m/s
vB＝eq \f(27.60×10－2,0.2) m/s＝1.38 m/s
描点连线得如图所示v－t图线，根据图线斜率知
a＝12.60 m/s2.
(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度．
答案 (1)匀加速直线 (2)3.90 2.64 1.38 见解析图 12.60 m/s2 (3)零时刻小车经过A点的速度
题组阶梯突破
1．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上的点迹的说法正确的是( )
A．点迹记录了物体运动的时间
B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
D．纸带上的点越密，说明物体运动得越快
答案 ABC
解析 从打点计时器的用途出发对选项进行筛选．打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，点迹越密说明物体运动越慢．
2．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是( )
A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处
C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
答案 A
解析 长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故选项A错误．
3．在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________.
A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
B．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路
C．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车
D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面
E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次
F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的起始点下面记作0，往后数五个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离
G．根据公式a1＝eq \f(x4－x1,3T2)、a2＝eq \f(x5－x2,3T2)、a3＝eq \f(x6－x3,3T2)及a＝eq \f(a1＋a2＋a3,3)，求出a
答案 ABCDFG
解析 在实验中应尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小系统误差又要减小偶然误差．其中E项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源．
命题点二 拓展创新实验
例3 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，小车做匀加速直线运动，打点计时器接在50 Hz的低压交变电源上．某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图5所示，由此可以得到一条表示v－t关系的图线，从而求出加速度的大小．
图5
(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v－t关系的图线．
(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为________ m/s2.
解析 (1)纸带的长度表示位移，由于每条纸带宽度相同，也就是时间相同，因此长度也表示速度的大小，因此各个顶点连线就可以表示v－t关系的图线．
(2)0.15 s恰好是BC的中间时刻，因此需要测出BC的长度，也就是纸带b的长度．
(3)根据匀变速直线运动的规律Δx＝aT2，由于相邻两段的时间间隔都是0.1 s，可得：a＝eq \f(xe－xa,4T2)＝2.0 m/s2.
答案 (1)如图所示 (2)b (3)2.0
题组阶梯突破
4．如图6是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
图6
(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．
(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距x＝________；C点对应的速度是________(计算结果保留两位有效数字)．
答案 (1)0.02 s (2)0.70 cm 0.10 m/s
解析 (1)打点计时器频率为50 Hz，周期T＝eq \f(1,f)＝0.02 s，故打相邻两点的时间间隔为0.02 s.
(2)两相邻计数点间的时间间隔为t＝0.02×5 s＝0.1 s，由图读出x＝7.0 mm＝0.70 cm.C点对应的速度vC＝eq \f(xBC＋xCD,2t)＝eq \f(0.90＋1.10,2×0.1) cm/s＝0.10 m/s.
5．某同学用如图7甲所示的实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”：
图7
(1)电磁打点计时器接________电源(填“低压直流”“低压交流”或“220 V交流”)．
(2)实验时，使小车靠近打点计时器，先________再________．(填“接通电源”或“放开小车”)
(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔________秒打一个点．
(4)图乙是绘出的小车速度—时间关系图线，根据图线求出小车的加速度为a＝________ m/s2.(保留三位有效数字)
答案 (1)低压交流 (2)接通电源 放开小车
(3)0.02 (4)0.682
解析 (1)电磁打点计时器接低压交流电源．(2)实验时，使小车靠近打点计时器，先接通电源再放开小车．(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔0.02 s打一个点．(4)在v－t图象中图线的斜率表示加速度，即a＝eq \f(Δv,Δt)＝0.682 m/s2.知识内容
必考要求
加试要求
实验1：用打点计时器测速度
√
实验2：探究小车速度随时间变化的规律
√
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