資源簡介

第4講　實驗1:探究小車速度隨時間變化的規律
■目標要求
1.會正確使用打點計時器。2.會利用打點的紙帶求物體的速度和加速度。3.會用圖像法探究小車速度與時間的關系,并能根據圖像求加速度。
考點1　實驗基本技能
1.實驗原理。
(1)打點計時器的原理。
(2)用“平均速度法”測瞬時速度。
①瞬時速度無法直接測量,根據極限思想,用很短時間內的平均速度來測量瞬時速度。
②利用勻變速直線運動的中間時刻瞬時速度等于平均速度計算,以下圖所示的紙帶為例,vn=　　　　　　　　。
(3)加速度的測量。
①逐差法:如果紙帶有6段位移,由x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2,則有a1=、a2=、a3=,取平均值a=　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②求出所選各計數點的瞬時速度,作出v-t圖像,圖像的斜率即為物體的　　　　。
2.實驗器材。
電火花計時器或電磁打點計時器(帶復寫紙)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、槽碼、　　　　、導線、交流電源。
3.實驗操作。
(1)按原理圖安裝好實驗裝置,打點計時器固定在長木板無滑輪的一端。
(2)細繩一端拴在小車上,另一端跨過滑輪掛上槽碼,紙帶穿過打點計時器固定在小車的后面。
(3)把小車停在靠近打點計時器處,先接通電源,后釋放　　　　。
(4)小車運動一段時間后,斷開電源,取下紙帶。
(5)增減槽碼的質量,更換紙帶,按以上步驟再做兩次實驗。
4.誤差分析。
(1)用刻度尺測量計數點間距離存在偶然誤差。
(2)電源頻率不穩定、木板的粗糙程度不均勻造成誤差。
(3)用作圖法處理數據時,作圖也存在誤差。
5.注意事項。
(1)平行:細繩、紙帶要與　　　　平行。
(2)靠近:小車從靠近打點計時器的位置釋放。
(3)兩先兩后:先接通電源,后釋放小車;先關閉電源,后取下紙帶
(4)防撞:在到達長木板末端前應讓小車停止運動,防止槽碼落地及小車與滑輪相撞。
(5)適當:懸掛的槽碼要適當,避免紙帶打出的點太少或過于密集。
【典例1】　某小組利用如圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。
甲
(1)(多選)實驗器材有一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、電火花計時器、導線和墨粉紙盤。除上述器材外,還需要使用的有　　　　(填選項字母)。
A.交流電源 B.直流電源
C.秒表 D.刻度尺
(2)小組通過實驗得到了如圖乙所示的一條紙帶(每兩個相鄰計數點間還有4個點沒有畫出來),相鄰兩個計數點間的距離已在圖中標出。
乙
①根據連續相等的時間間隔內的　　　　　基本相等,可認為小車做勻變速直線運動。圖乙中紙帶　　　　(填“左”或“右”)側是與小車相連的一端。
②已知交流電源的頻率為50 Hz,則在打下C點時小車的速度大小為　　　　m/s(保留3位有效數字),小車運動的加速度大小為　　　　m/s2(保留2位有效數字)。
【典例2】　結合“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗(裝置如圖甲),完成下列問題:
甲
(1)如圖乙,刻度尺的0刻度與“0”點對齊,測量點“4”到“0”的距離為　　　　cm;該同學已將1、2、3、4點對應時刻的瞬時速度進行計算填入表中,請你將測量點“5”對應時刻的瞬時速度填入表中(保留3位有效數字);請你把“5”的數據補充到圖丙中,并擬合圖線。(已知交流電源的頻率為50 Hz)
乙
測量點 1 2 3 4 5
瞬時速度/ (m·s-1) 0.501 0.520 0.525 0.540 　　
丙
(2)根據擬合好的圖像求出小車的加速度大小為a=　　　　　m/s2(保留3位有效數字)。
(3)(多選)關于該實驗,下列說法正確的是　　　　(填選項字母)。
A.重復實驗時,可以增加懸掛的槽碼,也可以在小車里增加鉤碼
B.實驗時,牽引小車的細繩必須平行于長木板,而且長木板也必須水平放置
C.若實驗時電源頻率略低于50 Hz,但該同學并不知道,則小車速度測量值將大于實際值
D.如果實驗用電火花計時器,實驗時的電壓略低于220 V,則加速度的測量值將小于實際值
考點2　實驗的遷移、拓展和創新
高考實驗題源于教材,但不拘泥于教材,在實驗器材、測量依據的原理、圖像處理等方面進行改進或創新,考查實驗探究能力、知識遷移能力和創新能力。
(1)實驗器材改進:如用頻閃照相機、光電門或DIS裝置等研究勻變速直線運動。
(2)測量依據原理的改變:如通過測量物體的寬度、物體通過光電門的時間和兩光電門間的距離,使用v=測量速度,再用v2-=2ax測量加速度。
(3)圖像處理的創新:如畫出平均速度隨時間變化的圖像進而求初速度和加速度,其原理為由位移公式x=v0t+at2,整理得==v0+at,則縱截距為物體的初速度,斜率k=a,得到加速度a=2k。
【典例3】　
甲
(2023·全國甲卷)某同學利用如圖甲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數據如圖乙所示。
(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s。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Δx填到表中,小車發生對應位移和平均速度分別為Δx和,表中ΔxAD=　　　　 cm,=　　　　cm/s。
乙
位移區間 AB AC AD AE AF
Δx/(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
/(cm·s-1) 66.0 73.0 87.3 94.6
(2)根據表中數據得到小車平均速度隨時間Δt的變化關系,如圖丙所示。在圖中補全實驗點。
丙
(3)從實驗結果可知,小車運動的-Δt圖線可視為一條直線,此直線用方程=kΔt+b表示,其中k=　　　　cm/s2,b=　　　　cm/s。(均保留3位有效數字)
(4)根據(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vA=　　　　,小車的加速度大小a=　　　。(結果用字母k、b表示)
命題特點:試題改變了實驗目的,探究“平均速度與時間的關系”,考查平均速度的計算、圖像法處理數據等。試題的前三問均考查基本的實驗能力,第(4)問用圖像求打A點時小車速度和小車的加速度,則要求理解圖線的物理意義,即縱截距和斜率的物理意義,強調了對所學物理規律的理解,對推理能力和創新能力提出了更高的要求。
復習建議:解答創新類實驗題,不能生搬硬套,應在理解實驗原理的基礎上弄清實驗方案設計、處理實驗數據和分析誤差來源。
【典例4】　
如圖所示是一位學生設計的測定自由落體加速度的實驗,在一個敞口容器的底部插入一根細橡皮管,并裝上一個夾子,在其下方地面上放一個金屬盤子;調節夾子的松緊,以使第1個水滴落入盤中發出響聲的瞬間,第2個水滴正好從管口落下。以某次響聲為“0”開始計數,待數到“100”時測得經過的時間為40 s,再用米尺量出管口至盤子的高度為78.2 cm。回答下列問題:
(1)相鄰的兩滴水從管口落下的時間間隔為T=　　　　s。
(2)重力加速度為g=　　　　m/s2(保留3位有效數字)。
(3)重力加速度的測量結果比當地的重力加速度略　　　　(填“大”或“小”),原因是空氣對水滴有　　　　的作用。
　　 滴水法測量重力加速度
用滴水法測量重力加速度,注意兩水滴之間的時間間隔與一個水滴自由落體運動的時間相等
第4講　實驗1:探究小車速度隨時間變化的規律
考點1
1.(1)0.02　(2)②
(3)①　②加速度　2.刻度尺　3.(3)小車　5.(1)長木板
【典例1】　答案　(1)AD　(2)①位移差　左
②0.844　1.7
解析　(1)打點計時器使用交流電源,A項正確,B項錯誤;用打點計時器測量時間,不用秒表測量時間,C項錯誤;用刻度尺測量計數點之間的距離,D項正確。
(2)①根據連續相等的時間間隔內的位移差基本相等,可認為小車做勻變速直線運動。因為小車做加速運動,計數點之間的距離越來越大,所以題圖乙中紙帶左側是與小車相連的一端。
②相鄰計數點時間間隔T=0.02×5 s=0.1 s,在打下C點時小車的速度大小為vC= m/s=0.844 m/s。
小車運動的加速度大小為a= m/s2≈1.7 m/s2。
【典例2】　答案　(1)19.90　0.550　圖像見解析　(2)0.120　(3)AC
解析　(1)由題圖乙可知,刻度尺的0刻度與“0”點對齊,測量點“4”到“0”的距離為19.90 cm。由勻變速直線運動在某段時間內中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度可得,測量點“5”對應時刻的瞬時速度為v5==×10-2 m/s=0.550 m/s。在圖丙中補點并擬合圖線,如圖所示。
(2)由圖像可得a== m/s2=0.120 m/s2。
(3)重復實驗時,可以增加懸掛的槽碼,也可以在小車里增加鉤碼,這樣可以改變小車的加速度,A項正確;實驗時,牽引小車的細繩必須平行于長木板,長木板可以水平放置或傾斜放置均可,只要小車能加速運動即可,B項錯誤;若實驗時電源頻率略低于50 Hz,可知打點周期T=變大,但該同學并不知道,仍按0.02 s計算,則小車速度測量值將大于實際值,C項正確;如果實驗用電火花計時器,實驗時的電壓略低于220 V,可知電源的頻率不變,則打點周期不變,則加速度的測量值等于實際值,D項錯誤。
考點2
【典例3】　答案　(1)24.00　80.0　(2)見解析圖(a)　(3)70.0　59.0　(4)b　2k
解析　(1)根據紙帶的數據得ΔxAD=xAB+xBC+xCD=6.60 cm+8.00 cm+9.40 cm=24.00 cm,平均速度== cm/s=80.0 cm/s。
(2)根據第(1)問計算結果補全實驗點如圖(a)所示。
圖(a)
(3)畫出圖像如圖(b)所示,直線方程為=kΔt+b,結合圖像得k= cm/s2=70.0 cm/s2,b=59.0 cm/s。
圖(b)
(4)小車做勻加速直線運動,由位移公式x=v0t+at2,整理得=v0+at,即=vA+at,故vA=b,a=2k。
【典例4】　答案　(1)0.4　(2)9.78　(3)小　阻力
解析　(1)相鄰的兩滴水從管口落下的時間間隔為T= s=0.4 s。
(2)由自由落體運動的規律可得h=gT2,結合h=78.2 cm,解得g≈9.78 m/s2。
(3)重力加速度的測量結果比當地的重力加速度略小,原因是空氣對水滴有阻力的作用。(共39張PPT)
第4講
第一章 運動的描述 勻變速直線運動的研究
實驗1：探究小車速度隨時間變化的規律
目
標
要
求
1.會正確使用打點計時器。2.會利用打點的紙帶求物體的速度和加速度。3.會用圖像法探究小車速度與時間的關系，并能根據圖像求加速度。
考點1　實驗基本技能
考點2　實驗的遷移、拓展和創新
內容
索引
實驗基本技能
考點1
1.實驗原理。
(1)打點計時器的原理。
0.02
(2)用“平均速度法”測瞬時速度。
①瞬時速度無法直接測量，根據極限思想，用很短時間內的平均速度來測量瞬時速度。
②利用勻變速直線運動的中間時刻瞬時速度等于平均速度計算，以
下圖所示的紙帶為例，vn=_______________。
(3)加速度的測量。
①逐差法：如果紙帶有6段位移，由x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2，則有
a1=、a2=、a3=，取平均值a=____________________。
②求出所選各計數點的瞬時速度，作出v-t圖像，圖像的斜率即為物體的 。
加速度
2.實驗器材。
電火花計時器或電磁打點計時器(帶復寫紙)、一端附有滑輪的長木 板、小車、紙帶、細繩、槽碼、 、導線、交流電源。
3.實驗操作。
(1)按原理圖安裝好實驗裝置，打點計時器固定在長木板無滑輪的一端。
刻度尺
(2)細繩一端拴在小車上，另一端跨過滑輪掛上槽碼，紙帶穿過打點計時器固定在小車的后面。
(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后釋放 。
(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶。
(5)增減槽碼的質量，更換紙帶，按以上步驟再做兩次實驗。
小車
4.誤差分析。
(1)用刻度尺測量計數點間距離存在偶然誤差。
(2)電源頻率不穩定、木板的粗糙程度不均勻造成誤差。
(3)用作圖法處理數據時，作圖也存在誤差。
5.注意事項。
(1)平行：細繩、紙帶要與 平行。
(2)靠近：小車從靠近打點計時器的位置釋放。
長木板
(3)兩先兩后：先接通電源，后釋放小車；先關閉電源，后取下紙帶
(4)防撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止槽碼落地及小車與滑輪相撞。
(5)適當：懸掛的槽碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集。
【典例1】　某小組利用如圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運 動。
(1)(多選)實驗器材有一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、電火花計時器、導線和墨粉紙盤。除上述器材外，還需要使用的有 (填選項字母)。
A.交流電源 B.直流電源
C.秒表 D.刻度尺
AD
打點計時器使用交流電源，A項正確，B項錯誤；用打點計時器測量時間，不用秒表測量時間，C項錯誤；用刻度尺測量計數點之間的距離，D項正確。
解析
(2)小組通過實驗得到了如圖乙所示的一條紙帶(每兩個相鄰計數點間還有4個點沒有畫出來)，相鄰兩個計數點間的距離已在圖中標出。
①根據連續相等的時間間隔內的 基本相等，可認為小車做勻變速直線運動。圖乙中紙帶 (填“左”或“右”)側是與小車相連的一端。
②已知交流電源的頻率為50 Hz，則在打下C點時小車的速度大小為 ________m/s(保留3位有效數字)，小車運動的加速度大小為 m/s2 (保留2位有效數字)。
位移差
左
0.844
1.7
解析
【典例2】　結合“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗(裝置如圖甲)，完成下列問題：
(1)如圖乙，刻度尺的0刻度與“0”點對齊，測量點“4”到“0”的距離為
_______cm；該同學已將1、2、3、4點對應時刻的瞬時速度進行計算填入表中，請你將測量點“5”對應時刻的瞬時速度填入表中(保留3位有效數字)；請你把“5”的數據補充到圖丙中，并擬合圖線。(已知交流電源的頻率為50 Hz)
19.90
測量點 1 2 3 4 5
瞬時速度/(m·s-1) 0.501 0.520 0.525 0.540 ________
0.550
解析
解析
(2)根據擬合好的圖像求出小車的加速度大小為a= m/s2(保留3位有效數字)。
0.120
解析
(3)(多選)關于該實驗，下列說法正確的是 (填選項字母)。
A.重復實驗時，可以增加懸掛的槽碼，也可以在小車里增加鉤碼
B.實驗時，牽引小車的細繩必須平行于長木板，而且長木板也必須水平放置
C.若實驗時電源頻率略低于50 Hz，但該同學并不知道，則小車速度測量值將大于實際值
D.如果實驗用電火花計時器，實驗時的電壓略低于220 V，則加速度的測量值將小于實際值
AC
重復實驗時，可以增加懸掛的槽碼，也可以在小車里增加鉤碼，這樣可以改變小車的加速度，A項正確；實驗時，牽引小車的細繩必須平行于長木板，長木板可以水平放置或傾斜放置均可，只要小車能加速運動即可，B項錯誤；若實驗時電源頻率略低于 50 Hz，可知打點周期T=變大，但該同學并不知道，仍按0.02 s計算，則小車速度測量值將大于實際值，C項正確；如果實驗用電火花計時器，實驗時的電壓略低于220 V，可知電源的頻率不變，則打點周期不變，則加速度的測量值等于實際值，D項錯誤。
解析
實驗的遷移、拓展和創新
考點2
高考實驗題源于教材，但不拘泥于教材，在實驗器材、測量依據的原理、圖像處理等方面進行改進或創新，考查實驗探究能力、知識遷移能力和創新能力。
(1)實驗器材改進：如用頻閃照相機、光電門或DIS裝置等研究勻變速直線運動。
(2)測量依據原理的改變：如通過測量物體的寬度、物體通過光電門的時間和兩光電門間的距離，使用v=測量速度，再用v2-=2ax測量加速度。
(3)圖像處理的創新：如畫出平均速度隨時間變化的圖像進而求初速度和加速度，其原理為由位移公式x=v0t+at2，整理得==v0+at，則縱截距為物體的初速度，斜率k=a，得到加速度a=2k。
【典例3】　(2023·全國甲卷)某同學利用如圖甲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數據如圖乙所示。
(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s。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Δx填到表中，小車發生對應位移和平均速度分別為Δx和，表中ΔxAD= cm，= cm/s。
24.00
80.0
位移區間 AB AC AD AE AF
Δx/(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
/(cm·s-1) 66.0 73.0 87.3 94.6
解析
(2)根據表中數據得到小車平均速度隨時間Δt的變化關系，如圖丙所示。在圖中補全實驗點。
根據第(1)問計算結果補全實驗點如圖(a)所示。
解析
(3)從實驗結果可知，小車運動的-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程=kΔt+b表示，其中k= cm/s2，b= cm/s。(均保留3位有效數字)
70.0
59.0
解析
(4)根據(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vA= ，小車的加速度大小a= 。(結果用字母k、b表示)
b
2k
解析
命題特點：試題改變了實驗目的,探究“平均速度與時間的關系”，考查平均速度的計算、圖像法處理數據等。試題的前三問均考查基本的實驗能力,第(4)問用圖像求打A點時小車速度和小車的加速度,則要求理解圖線的物理意義,即縱截距和斜率的物理意義,強調了對所學物理規律的理解，對推理能力和創新能力提出了更高的要求。
復習建議：解答創新類實驗題，不能生搬硬套，應在理解實驗原理的基礎上弄清實驗方案設計、處理實驗數據和分析誤差來源。
【典例4】　如圖所示是一位學生設計的測定自由落體加速度的實驗，在一個敞口容器的底部插入一根細橡皮管，并裝上一個夾子，在其下方地面上放一個金屬盤子；調節夾子的松緊，以使第1個水滴落入盤中發出響聲的瞬間，第2個水滴正好從管口落下。以某次響聲為“0”開始計數，待數到“100”時測得經過的時間為40 s，再用米尺量出管口至盤子的高度為78.2 cm?；卮鹣铝袉栴}：
(1)相鄰的兩滴水從管口落下的時間間隔為T= s。
(2)重力加速度為g= m/s2(保留3位有效數字)。
0.4
9.78
相鄰的兩滴水從管口落下的時間間隔為T= s=0.4 s。
解析
由自由落體運動的規律可得h=gT2，結合h=78.2 cm，解得g≈
9.78 m/s2。
解析
(3)重力加速度的測量結果比當地的重力加速度略 (填“大”或
“小”)，原因是空氣對水滴有 的作用。
小
阻力
重力加速度的測量結果比當地的重力加速度略小，原因是空氣對水滴有阻力的作用。
解析
滴水法測量重力加速度
用滴水法測量重力加速度，注意兩水滴之間的時間間隔與一個水滴自由落體運動的時間相等。(共29張PPT)
微練4
實驗1：探究小車速度隨時間
變化的規律
1
5
2
3
4
1.實驗小組利用如圖甲所示的裝置探究小車速度隨時間變化的規律，打點計時器所接電源的頻率為50 Hz。
1
5
2
3
4
(1)實驗操作前____________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。
不需要
該實驗只需讓小車加速運動即可，即實驗操作前，不需要平衡摩擦力。
解析
1
5
2
3
4
(2)規范操作后，得到一條紙帶，以紙帶上能夠看清的某個點作為0 點，每5個點取一個計數點，測量各計數點與0點的距離，如圖乙所示，則紙帶上打計數點2時小車速度的大小v2=_________m/s(保留3位有效數字)。
0.504
每5個點取一個計數點，則T=0.1 s； 紙帶上打計數點2時的小車速度大小v2== m/s=0.504 m/s。
解析
1
5
2
3
4
1
5
2
3
4
(3)小車運動的加速度大小a=________m/s2(保留3位有效數字)。
1.50
小車運動的加速度大小
a== m/s2=1.50 m/s2。
解析
2.某小組利用如圖甲所示裝置測量小車做勻變速直線運動加速度的大小。請回答下列問題：
1
5
2
3
4
(1)下列說法正確的是______(填選項字母)。
A.細繩與長木板平行
B.先釋放小車后接通電源
C.電火花計時器應使用8 V交流電源
D.實驗開始時小車應離計時器遠些
1
5
2
3
4
A
細繩與木板平行是為了保證小車在整個運動過程中加速度基本不變，如果細繩不與木板平行，則在小車運動過程中繩子與水平面的夾角會發生變化，從而使小車運動方向上的合力發生變化，根據牛頓第二定律可知，加速度就會發生變化，因此細繩與長木板要平行，A項正確；為了節約紙帶，獲取更多的數據點，實驗過程中應先接通電源再釋放小車，B項錯誤；電火花計時器使用 220 V交流電源，C項錯誤；由于木板長度有限，為了獲取更多的數據點，實驗開始時小車應靠近計時器釋放，D項錯誤。
解析
1
5
2
3
4
(2)小組選取了如圖乙所示的一條紙帶，O、A、B、C、D、E為選取的計數點，每兩個相鄰計數點間還有4個點沒有畫出，各計數點到O點的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5。已知交流電源的頻率為f，則D點
對應的瞬時速度大小為____________(用已知字母表示)。
1
5
2
3
4

對于勻變速直線運動，在某段時間內的平均速度就等于該段時間中間時刻的瞬時速度，因此可得D點的瞬時速度為vD=，根據題意可得t=，解得vD=。
解析
1
5
2
3
4
(3)小組根據各計數點的速度v與各計數點到O點的距離s作出v2-s圖像如圖丙所示，則打下O點時小車速度的大小為_______m/s，小車加速度大小為_______m/s2。(均保留2位有效數字)
1
5
2
3
4
0.50
0.63
以各計數點的速度v與各計數點到O點的距離s作出v2-s圖像，則可知O點速度平方所對應的距離為0，通過圖像可得=0.25 m2· s-2，解得vO=0.50 m/s。根據勻變速直線運動速度—位移的關系式有v2=2as，該圖像的斜率為2a，則有2a= m/s2=1.25 m/s2，可得a≈0.63 m/s2。
解析
1
5
2
3
4
3.用如圖甲所示的實驗裝置來測量勻變速直線運動的加速度。
甲 乙
1
5
2
3
4
(1)實驗的主要步驟。
①用游標卡尺測量擋光片的寬度d，結果如圖乙所示，讀得d=______
mm。
②用刻度尺測量A點到光電門所在位置B點之間的水平距離x。
③滑塊從A點靜止釋放(已知槽碼落地前擋光片已通過光電門)。
④讀出擋光片通過光電門所用的時間t。
⑤改變光電門的位置，滑塊每次都從A點靜止釋放，測量相應的x值并讀出t值。
1
5
2
3
4
6.60
根據游標卡尺讀數規則，擋光片的寬度d=6 mm+12×0.05 mm=6.60 mm。
解析
1
5
2
3
4
(2)根據實驗測得的數據，以x為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙中作出-x圖線如圖丙所示，求得該圖線的斜率k=___________m-1·s-2；由此進一步求得滑塊的加速度a=________m·
s-2。(均保留3位有效數字)
1
5
2
3
4
2.38×104
0.518
該圖線的斜率k=×104 m-1·s-2≈2.38×104 m-1·s-2；滑塊通過光電門時的速度v=，由v2=2ax可得=x，則有k=，代入數據解得滑塊的加速度a≈0.518 m·s-2。
解析
1
5
2
3
4
4.經過幾代航天人的不懈奮斗，我國對深空探測的腳步越來越快，祝融號火星車的成功著陸預示著人類在不久的將來有望登陸火星。于是小李同學大膽設想用如圖甲所示裝置測火星表面的重力加速度，進而間接測量火星的質量。光電門固定在鐵架臺上，光電門通過光電傳感器與AI連接，整個裝置固定在火星表面。通過輕繩相連的a、b兩個完全相同的小球距離鐵架臺底座足夠高，a球通過電磁鐵(圖中沒有畫出)固定在光電門正上方，連接兩球的輕繩長度為L。已知火星的半徑為R，繩長遠大于球直徑，引力常量為G。
1
5
2
3
4
(1)實驗前用螺旋測微器測量小球直徑，如圖乙所示，則小球的直徑D=_________________________mm。
1
5
2
3
4
6.700(6.699或6.701也可)
用螺旋測微器測出小球直徑D=6.5 mm+0.01 mm×20.0=6.700 mm。
解析
1
5
2
3
4
(2)兩球靜止在光電門正上方，然后控制電磁鐵由靜止釋放a球，AI將b球和a球通過光電門時的遮光時間數據傳輸到地球，小李收到b球和a球通過光電門的時間分別為t1、t2，則b球通過光電門時，a球的速度
大小為v1= ，火星表面的重力加速度g= ，火星的質
量為 。(均用題中物理量的符號表示)
1
5
2
3
4


b球通過光電門時，兩球的速度相等，即a球的速度大小為v1=，a球通過光電門時的速度為v2=，兩球在火星上做勻加速直線運動，則有-=2g火L，解得g火=。兩球在火星上的重力等于火星對兩球的引力，即=mg火，解得M火=。
解析
1
5
2
3
4
5.(2025·廣州模擬)某實驗小組為測量當地的重力加速度，設計了如圖甲所示的裝置，鐵架臺上固定四個光電門，另一側固定一刻度 尺，使刻度尺的零刻度對準第一個光電門的中心，小球直徑已知。實驗過程如下：
(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，分別記錄小球通過四個光電門的時間t1、t2、t3和t4，利用小球直徑和通過光電門的時間，可以算出小球經過每個光電門的速度v。
1
5
2
3
4
(2)記下其余光電門與第一個光電門的距離分別為h2、h3、h4。從圖中可讀出h2=_______cm。
1
5
2
3
4
4.50
從題圖甲中可讀出h2=4.50 cm。
解析
(3)建立平面直角坐標系，以h為橫軸，y為縱軸作出y-h圖像。為了數據處理方便，應選擇_______(填“v”“v2”或“”)作為y軸，圖像如圖乙所示。
1
5
2
3
4
v2
根據自由落體公式可知v2=2gh，所以以h為橫軸，應選擇v2作為y 軸。
解析
1
5
2
3
4
(4)根據相關規律，可求得小球下落的加速度為_______m/s2(保留3位有效數字)。
由上述公式可知圖像的斜率為2g，則2g=k=，解得g≈ 9.64 m/s2。
解析
1
5
2
3
4
9.64
(5)請提出一個減小誤差的方法：_______________________________
______________________________________________________________________________。
減小誤差的方法：多安裝幾個光電門；光電門之間的間距稍微大點；保持光電門在同一豎直線上；刻度尺保持豎直；用更小更重的小球。
解析
1
5
2
3
4
多安裝幾個光電門；光電門之間的間距稍微大點；保持光電門在同一豎直線上；刻度尺保持豎直；用更小更重的小球微練4　實驗1:探究小車速度隨時間變化的規律
1.實驗小組利用如圖甲所示的裝置探究小車速度隨時間變化的規律，打點計時器所接電源的頻率為50 Hz。
(1)實驗操作前　　　　(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。
(2)規范操作后，得到一條紙帶，以紙帶上能夠看清的某個點作為0點，每5個點取一個計數點，測量各計數點與0點的距離，如圖乙所示，則紙帶上打計數點2時小車速度的大小v2=　　　　m/s(保留3位有效數字)。
(3)小車運動的加速度大小a=　　　　m/s2(保留3位有效數字)。
2.某小組利用如圖甲所示裝置測量小車做勻變速直線運動加速度的大小。請回答下列問題:
(1)下列說法正確的是　　　(填選項字母)。
A.細繩與長木板平行
B.先釋放小車后接通電源
C.電火花計時器應使用8 V交流電源
D.實驗開始時小車應離計時器遠些
(2)小組選取了如圖乙所示的一條紙帶，O、A、B、C、D、E為選取的計數點，每兩個相鄰計數點間還有4個點沒有畫出，各計數點到O點的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5。已知交流電源的頻率為f，則D點對應的瞬時速度大小為　　　　(用已知字母表示)。
(3)小組根據各計數點的速度v與各計數點到O點的距離s作出v2-s圖像如圖丙所示，則打下O點時小車速度的大小為　　　　m/s，小車加速度大小為　　　　m/s2。(均保留2位有效數字)
3.用如圖甲所示的實驗裝置來測量勻變速直線運動的加速度。
甲
乙
(1)實驗的主要步驟。
①用游標卡尺測量擋光片的寬度d，結果如圖乙所示，讀得d=　　　　mm。
②用刻度尺測量A點到光電門所在位置B點之間的水平距離x。
③滑塊從A點靜止釋放(已知槽碼落地前擋光片已通過光電門)。
④讀出擋光片通過光電門所用的時間t。
⑤改變光電門的位置，滑塊每次都從A點靜止釋放，測量相應的x值并讀出t值。
(2)根據實驗測得的數據，以x為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙中作出-x圖線如圖丙所示，求得該圖線的斜率k=　　　　　　m-1·s-2;由此進一步求得滑塊的加速度a=　　　　m·s-2。(均保留3位有效數字)
4.經過幾代航天人的不懈奮斗，我國對深空探測的腳步越來越快，祝融號火星車的成功著陸預示著人類在不久的將來有望登陸火星。于是小李同學大膽設想用如圖甲所示裝置測火星表面的重力加速度，進而間接測量火星的質量。光電門固定在鐵架臺上，光電門通過光電傳感器與AI連接，整個裝置固定在火星表面。通過輕繩相連的a、b兩個完全相同的小球距離鐵架臺底座足夠高，a球通過電磁鐵(圖中沒有畫出)固定在光電門正上方，連接兩球的輕繩長度為L。已知火星的半徑為R，繩長遠大于球直徑，引力常量為G。
(1)實驗前用螺旋測微器測量小球直徑，如圖乙所示，則小球的直徑D=　　　　 mm。
(2)兩球靜止在光電門正上方，然后控制電磁鐵由靜止釋放a球，AI將b球和a球通過光電門時的遮光時間數據傳輸到地球，小李收到b球和a球通過光電門的時間分別為t1、t2，則b球通過光電門時，a球的速度大小為v1=　　　　，火星表面的重力加速度g=　　　　　　，火星的質量為　　　　　　　。(均用題中物理量的符號表示)
5.(2025·廣州模擬)某實驗小組為測量當地的重力加速度，設計了如圖甲所示的裝置，鐵架臺上固定四個光電門，另一側固定一刻度尺，使刻度尺的零刻度對準第一個光電門的中心，小球直徑已知。實驗過程如下:
(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，分別記錄小球通過四個光電門的時間t1、t2、t3和t4，利用小球直徑和通過光電門的時間，可以算出小球經過每個光電門的速度v。
(2)記下其余光電門與第一個光電門的距離分別為h2、h3、h4。從圖中可讀出h2=　　　　cm。
(3)建立平面直角坐標系，以h為橫軸，y為縱軸作出y-h圖像。為了數據處理方便，應選擇　　　　(填“v”“v2”或“”)作為y軸，圖像如圖乙所示。
(4)根據相關規律，可求得小球下落的加速度為　　　　m/s2(保留3位有效數字)。
(5)請提出一個減小誤差的方法: 　。
微練4　實驗1:探究小車速度隨時間變化的規律
1.答案　(1)不需要　(2)0.504　(3)1.50
解析　(1)該實驗只需讓小車加速運動即可,即實驗操作前,不需要平衡摩擦力。
(2)每5個點取一個計數點,則T=0.1 s; 紙帶上打計數點2時的小車速度大小v2== m/s=0.504 m/s。
(3)小車運動的加速度大小a== m/s2=1.50 m/s2。
2.答案　(1)A　(2)　(3)0.50　0.63
解析　(1)細繩與木板平行是為了保證小車在整個運動過程中加速度基本不變,如果細繩不與木板平行,則在小車運動過程中繩子與水平面的夾角會發生變化,從而使小車運動方向上的合力發生變化,根據牛頓第二定律可知,加速度就會發生變化,因此細繩與長木板要平行,A項正確;為了節約紙帶,獲取更多的數據點,實驗過程中應先接通電源再釋放小車,B項錯誤;電火花計時器使用220 V交流電源,C項錯誤;由于木板長度有限,為了獲取更多的數據點,實驗開始時小車應靠近計時器釋放,D項錯誤。
(2)對于勻變速直線運動,在某段時間內的平均速度就等于該段時間中間時刻的瞬時速度,因此可得D點的瞬時速度為vD=,根據題意可得t=,解得vD=。
(3)以各計數點的速度v與各計數點到O點的距離s作出v2-s圖像,則可知O點速度平方所對應的距離為0,通過圖像可得=0.25 m2·s-2,解得vO=0.50 m/s。根據勻變速直線運動速度—位移的關系式有v2=2as,該圖像的斜率為2a,則有2a= m/s2=1.25 m/s2,可得a≈0.63 m/s2。
3.答案　(1)6.60　(2)2.38×104　0.518
解析　(1)根據游標卡尺讀數規則,擋光片的寬度d=6 mm+12×0.05 mm=6.60 mm。
(2)該圖線的斜率k=×104 m-1·s-2≈2.38×104 m-1·s-2;滑塊通過光電門時的速度v=,由v2=2ax可得=x,則有k=,代入數據解得滑塊的加速度a≈0.518 m·s-2。
4.答案　(1)6.700(6.699或6.701也可)
(2)　　
解析　(1)用螺旋測微器測出小球直徑D=6.5 mm+0.01 mm×20.0=6.700 mm。
(2)b球通過光電門時,兩球的速度相等,即a球的速度大小為v1=,a球通過光電門時的速度為v2=,兩球在火星上做勻加速直線運動,則有-=2g火L,解得g火=。兩球在火星上的重力等于火星對兩球的引力,即=mg火,解得M火=。
5.答案　(2)4.50　(3)v2　(4)9.64　(5)多安裝幾個光電門;光電門之間的間距稍微大點;保持光電門在同一豎直線上;刻度尺保持豎直;用更小更重的小球
解析　(2)從題圖甲中可讀出h2=4.50 cm。
(3)根據自由落體公式可知v2=2gh,所以以h為橫軸,應選擇v2作為y軸。
(4)由上述公式可知圖像的斜率為2g,則2g=k=,解得g≈9.64 m/s2。
(5)減小誤差的方法:多安裝幾個光電門;光電門之間的間距稍微大點;保持光電門在同一豎直線上;刻度尺保持豎直;用更小更重的小球。

展開更多......

收起↑