第04讲 实验：探究小车速度随时间变化的规律（练习）（解析版）-2025物理一轮复习（含2024年高考真题+新模拟题）

第04讲实验：探究小车速度随时间变化的规律目录01模拟基础练【题型一】实验原理的理解与有效数字、逐差法的应用【题型二】其他方法求加速度【题型三】数据的处理【题型四】重力加速度的测量02重难创新练【题型一】实验原理的理解与有效数字、逐差法的应用1．在“探究小车速度随时间变化规律”实验中：

（1）某同学采用如图甲所示的装置进行试验，平衡摩擦力。（选填“需要”或“不需要”）（2）甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出第4个计数点的瞬时速度为m/s，小车的加速度为（结果保留两位有效数字）。【答案】不需要0.812.0【详解】（1）[1]该实验是探究小车速度随时间变化规律，因此只需要使小车做匀变速直线运动即可，所以不需要平衡摩擦力。（2）[2]已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，纸带上两计数点间还有四个点没有画出，因此可知，纸带上相邻两计数点间的时间间隔为由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打第4个计数点的瞬时速度为[3]由匀变速直线运动的推论公式，可得小车的加速度为2．在研究匀变速直线运动规律实验中打出的纸带如图所示，每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。点A对准刻度尺0刻线，从刻度尺上读出BCDE到A点距离备用，其中AD两点间距cm，用读出的数据求打出C点时纸带的速度大小为m/s（保留3位有效数字）；纸带运动的加速度大小为a=（保留2位有效数字）。【答案】5.850.2330.75【详解】[1]刻度尺的最小分度为1mm，要估读到毫米下一位，D点读数为5.94cm，AD两点间距为5.85cm[2]相邻计数点的时间间隔为匀变速直线运动某段中间时刻速度等于该段的平均速度，C点的速度等于BD段的平均速度，打出C点时纸带的速度大小为[3]根据逐差法求纸带运动的加速度为3．某小组利用如图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。（1）实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线和复写纸。除上述器材外，还需要使用的有（填选项前字母）。A．交流电源

B．交流电源

C．秒表

D．刻度尺（2）小组通过实验得到了如图乙所示的一条纸带（每两个相邻计数点间还有4个点没有画出来），相邻两个计数点间的距离已在图中标出。①根据连续相等的时间间隔内的基本相等，可认为小车做匀变速直线运动。②已知交流电源的频率为，则在打下C点时小车的速度大小为（保留三位有效数字），小车运动的加速度大小为（保留两位有效数字）。【答案】BD位移差0.8441.7【命题意图】本题以小车的匀变速运动为载体，考查学生的实验能力。【详解】解：（1）[1]AB．电火花打点计时器所接电源应为交流电源，A错误，B正确；C．由打点计时器计算时间，所以需要秒表，C错误；D．为测量点迹之间的距离，必须使用刻度尺，D项正确。故选BD。（2）①[2]设AB、BC、CD、DE、EF之间的距离分别为和，可有因此可知，在相邻相等的时间间隔内的位移差基本相等，可判断小车做匀变速直线运动。②[3]由中间时刻的瞬时速度等于平均速度可得[4]由公式可得【题型二】其他方法求加速度4.利用图甲装置可以测量滑块的加速度。气垫导轨上相隔一定距离的两处装有两个光电传感器1、2，滑块上固定一遮光条，滑块与遮光条的总质量为M，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器1、2时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，计算机屏幕上显示的电压U随时间t变化的图像如图乙所示，则要将气垫导轨右侧（调低或调高）。（2）用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=mm；（3）若图乙是正确操作所得图像，则滑块运动的加速度大小a=（用题干已知物理量和测得物理量的字母符号表示）。【答案】调低9.50【详解】（1）[1]因为t2<t1，所以滑块过传感器1的速度小于过传感器2的速度，所以滑块做加速运动，则应将右端调低。（2）[2]20分度的游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺的主尺读数为9mm，则（3）[3]在极短时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度，故通过光电门1的速度为经过光电门2的速度为根据速度—时间公式可得解得5.在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。(1)通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（），然后每隔选取一个计数点，如图中A、B、C、D、E、F所示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：，，，，，，请计算该小车的加速度（保留小数点后两位）(2)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图，滑块上安装了宽度为的遮光条，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一光电门的时间，通过第二个光电门的时间，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间，试估算滑块的加速度（保留两位有效数字），该估算值与真实值相比（选填“偏大”、“偏小”或“相同”）(3)频闪照片也是一种测量加速度的方法。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某时刻，将一小球从O点由静止释放，频闪仪每隔闪光一次。以O点为原点，竖直向下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置坐标、、。下图是小球自由下落时的部分频闪照片示意图，照片中的数字是小球下落的距离（单位：cm）。小崔同学为了减小偶然误差，他建议做图，把实验数据代入（如，；，），得到一条过原点的直线，再通过该直线的斜率得到加速度。请问该方案是否可行？如果可行，请求出加速度的值（结果保留两位有效数字）；如果不可行，请说明原因。【答案】(1)0.63(2)0.12偏大(3)不可行，理由：取由O到A点，下落时间为0.04s，重力加速度约为，由，可知第一段OA的时间间隔小于0.04s，因此不是一条直线。【详解】（1）相邻两个计数点间的时间间隔根据逐差法，该小车的加速度（2）[1]遮光条宽度遮光条通过第一光电门的速度通过第二光电门的速度滑块的加速度[2]光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光片通过光电门的速度可以用平均速度代替，真实速度为挡光片前边缘到达光电门中心的瞬时速度，显然测量的速度偏大，故测得的加速度偏大。（3）不可行，理由：取由O到A点，下落时间为0.04s，重力加速度约为，由可知第一段OA的时间间隔小于0.04s，因此不是一条直线。【题型三】数据的处理----图像法6.（2024·辽宁·二模）某同学用如图甲所示的装置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，斜面上安装有两个光电门，其中光电门B固定在斜面上靠近底端处，光电门A的位置可移动，带有遮光条的小车（遮光条宽度很窄）每次从同一位置由静止释放，小车所受摩擦力为一常量，由光电传感器测出小车从光电门A到光电门B的时间t，用米尺测出两光电门中心间的距离L，求出小车从光电门A到光电门B的平均速度；通过多次改变光电门A的位置，得到多组数据，绘制的图像如图乙所示。(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用表示小车到达光电门B时滑块的瞬时速度大小，则与、a和t的关系式为。(2)由图乙可求得，（结果均保留3位有效数字）。【答案】(1)(2)0.7903.11【详解】（1）已知滑块沿斜面下滑时做匀加速运动，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门B时的瞬时速度vB、从A到B的距离L用时间t；因为时速度vB是下滑的末速度，所以我们可以看下滑的逆过程，所以满足的关系式是L=vBt-at2即（2）[1][2]由图像可得解得a=3.11m/s27.用图（甲）所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。(1)实验的主要步骤：①安装实验装置；②测量挡光片的宽度d；③用刻度尺测量挡光片的中心A点到光电门中心所在位置B点之间的水平距离x；④滑块从A点静止释放（已知砝码落地前挡光片已通过光电门）；⑤读出挡光片通过光电门所用的时间t，由此可知滑块的加速度表达式为a=；（用测量的物理量：d、x、t字母表示）。⑥用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度（选填“偏大”“偏小”或“相等”）⑦用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如下图乙所示，可读出其读数为cm。(2)根据以上实验测得的数据，以x为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中作出图线如图丙所示，再利用⑦测得的d值，求得该物体的加速度是（本题计算结果保留两位有效数字）【答案】(1)偏小1.87(2)5.7【详解】（1）⑤[1]根据运动学速度与位移关系公式得⑥[2]上述方法是利用很短时间内的平均速度代替位移中点的瞬时速度（此处位移大小为挡光片的宽度d），而匀加速直线运动中，位移中点的瞬时速度大于这段时间内的平均速度，所以用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度偏小。⑦[3]读数为（2）根据表达式整理得故斜率整理代入数据得加速度为【题型四】重力加速度的测量8.某实验小组利用如图甲所示的装置来测量当地的重力加速度。主要实验步骤如下：①用游标卡尺测量遮光片的宽度d；②用手托住滑块，使其保持静止，测出遮光片至光电门的距离x、垫块的厚度h、气垫导轨左端到垫块左端的距离L；③接通气泵，将滑块由静止释放；④记录遮光片经过光电门的时间t；⑤改变滑块的位置，多次记录遮光片至光电门的距离x和遮光时间t；⑥以x为纵坐标，为横坐标，描点连线，得到一条过原点的正比例函数图像；⑦计算得到解析式。(1)遮光片的宽度cm。(2)某次实验中测得，则遮光片通过光电门时的速度大小为m/s（结果保留三位有效数字）。(3)实验所测当地重力加速度（用题中所给或所测物理量的字母表示）。【答案】(1)0.435(2)(3)【详解】（1）遮光片的宽度4mm+7×0.05mm=4.35mm=0.435cm（2）遮光片通过光电门时的速度大小为（3）根据牛顿第二定律，可得由几何关系可得又联立，解得9.某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连。实验步骤如下：①接通M的开关，吸住小球；②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1；③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1；④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2。完成下列问题：(1)本实验所用器材有；铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和（填入正确选项前的字母）。A．天平

B．刻度尺

C．游标卡尺(2)重力加速度大小可表示为g=（用h1、t1、h2、t2表示）。(3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不变而改变A的位置，那么该组同学（填“能”或“不能”）正确测得重力加速度。【答案】B能【详解】(1)[1]实验需要测量A和B之间的距离，所以需要用刻度尺。因为没有记录小球过光电门的时间，所以不需要测量小球直径，故不要游标卡尺。故选B。(2)[2]设过A时的速度为，从A运动到B，有，解得(3)[3]倒过来分析，小球以相同的速度从B点竖直上抛，同理亦可以测得。10．一种用于测量重力加速度的装置如图所示，透明塑料板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带（宽度用d表示）。实验时将塑料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。(1)该同学测得遮光带的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示。编号1遮光带2遮光带3遮光带…s73.0438.6730.00…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m/s（结果保留两位有效数字）；(2)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔分别为和，则重力加速度（用d、和表示）；(3)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：。【答案】(1)1.5(2)(3)下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于重力加速度【详解】（1）根据平均速度的计算公式可知（2）根据匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的速度，有可得（3）下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于重力加速度。1．某探究小组同学为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器滴下小水滴的时间间隔相等，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器滴水的时间间隔为0.5s）（1）由图（b）可知，小车在桌面上是运动的。A．从右向左

B．从左向右（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速直线运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为m/s，加速度大小为m/s2。（结果均保留2位有效数字）【答案】A0.260.12【详解】（1）[1]由于用手轻推一下小车，受到阻力作用，小车做减速运动，根据桌面上连续6个水滴的位置，可知小车从右向左运动。故选A。（2）[2]根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程的平均速度，有[3]根据匀变速直线运动的推论公式可得2．晓宇同学利用如图甲所示的装置探究物体做匀变速直线运动的规律，实验时将长木板的左端适当垫高，将光电门固定在长木板的下端，带有遮光条的滑块由适当高度处无初速释放，滑块经过光电门时，遮光条的挡光时间为。为了减小实验误差，晓宇同学进行了多次测量，然后求平均值。(1)实验时，晓宇同学用十分度的游标卡尺测量了遮光条的宽度，其示数如图乙所示，则遮光条的宽度cm。(2)滑块经过光电门时，滑块的速度大小为。（用以上测量的物理量表示）(3)某次测量时，滑块的释放点到光电门的间距为L，则滑块沿长木板下滑时的加速度大小为。（用以上测量的物理量表示）【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）根据游标卡尺的读数规则可知遮光条的宽度（2）遮光条宽度较小，滑块经过光电门时的平均速度可近似看做瞬时速度，滑块的速度大小为（3）根据匀变速直线运动中位移-速度关系可得方程联立解得加速度大小3．某实验小组为测量某红双喜乒乓球底板的反弹速度衰减率：，设计了如图所示的实验装置。实验过程如下：①测得乒乓球直径为D；②两面不带胶皮的乒乓球底板水平固定在铁架台底部，调节光电门的高度，使光电门中心到底板上表面的距离略大于乒乓球直径，同时调节光电门的水平位置，让乒乓球从释放装置由静止释放后，下落和反弹过程中均能通过光电门；③某次实验时，记录乒乓球在第一次下落和第一次反弹过程中通过光电门的遮光时间分别为t1、t2。(1)实验时，应（选填“先通电再释放乒乓球”或“先释放乒乓球再通电”）。(2)若用乒乓球通过光电门的速度近似表示乒乓球与底板碰撞前、后的速度，请用题中所给字母，写出乒乓球第一次与底板碰撞前、后的速度表达式：，。(3)在（2）的条件下，本次实验测量的衰减率表达式：η=×100%。（用t1、t2表示）【答案】(1)先通电再释放乒乓球(2)(3)【详解】（1）为使数字计时器能正确及时记录时间，测量时应先通电再释放乒乓球。（2）[1][2]根据题意可得（3）本次实验测量的衰减率为4某学习小组在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验后，利用频闪照相研究小车从斜面上滑下的运动。如图甲所示，将小车从斜轨上由静止释放，用频闪相机从小车运动的侧面进行照相，频闪仪的频率为10Hz，得到如图乙所示的照片。根据照片测得，，，。(1)根据以上信息，可求得小车运动到位置A处时的速度大小，小车运动过程中的加速度大小（结果均保留2位有效数字）；(2)根据以上数据可推知，小车在O点的速度（填“为零”或“不为零”）。如果当时频闪仪的频率为12Hz，而做实验的同学们并不知道，那么测得的加速度与真实值相比（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【答案】(1)3.43.9(2)不为零偏小【详解】（1）[1][2]根据题意可知，运动到A处时小车的速度大小根据逐差法，小车运动的加速度大小（2）[1][2]由O到A小车做匀加速直线运动，根据运动学公式得则小车在O点时的速度不为零。如果实验时数码相机实际拍摄频率为12Hz，则实际周期更短，由可知，实际加速度更大，即加速度的测量值和实际值相比是偏小的5．小明同学利用频闪相机来探究摩托车的运动规律。从某时刻（）开始的一段时间内，该摩托车可视为沿直线运动，每隔0.5s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：t/s00.51.01.52.02.53.03.54.0x/m00.461.242.343.765.507.569.9412.64根据表格内容可知（计算结果均保留两位小数）：（1）由表格数据可判断摩托车近似做匀加速直线运动，理由是。（2）当时，摩托车的速度大小为m/s。（3）摩托车的加速度大小为。【答案】见解析【详解】（1）[1]根据题意，由表中数据可知，第内的位移为，第内的位移为，第内的位移为，第内的位移为，可得相邻1s内的位移之差为可知，摩托车近似做匀加速直线运动。（2）[2]当时，摩托车的速度大小为（3）[3]由逐差法有解得6．如图是用DIS测定小车的加速度的实验装置。（1）A是分体式位移传感器的器部分。（2）实验获得的v-t图如图所示，是一辆从斜面下滑的小车运动的v-t图，由图可知，小车在AB段的运动可以近似地看作运动，小车在AB段的加速度大小为m/s2，小车在AB段的位移大小为m。【答案】信号发射匀加速20.12【详解】（1）[1]A是分体式位移传感器的信号发射器部分。（2）[2][3][4]图像中AB段的近似为直线，则可以近似地看作匀加速直线运动，小车在AB段的加速度大小为小车在AB段的位移大小为7．（1）用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的部分固定在小车上部分固定在轨道右端，并将它与相连。实验中得到如图所示的图线，则AB段的平均速度大小为m/s。（2）瞬时速度是一个重要的物理概念，实验中通常只能通过的实验方法来近似测量，这是因为在实验中无法实现或趋近零。为此设计如下实验来研究物体的瞬时速度。如图所示，在A处放置一光电门，让载有挡光片（宽度为）的小车从P点静止下滑，记录下挡光片经过A点所经历的时间。改用不同宽度的挡光片重复上述实验，用公式计算出不同宽度的挡光片从A点开始在各自区域内的，并作出图如下图所示，并由此可以精确求得瞬时速度。在以上实验的基础上，请继续完成下列实验任务：（a）依据图，简述与之间具有怎样的关系；（b）依据实验图线，结合实验原理，推导出图线所满足的函数式；（c）根据图线所满足的函数式，求出挡光片经过A点时精确的瞬时速度；（d）指出实验操作须注意和主要事项。【答案】发射接收数据采集器0.4与成线性关系0.522更换挡光片时应使其每次处于小车上同一位置，且每次都要保持由P点静止释放【详解】（1）[1][2][3]用DIS实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的发射部分固定在小车上，使其随着小车一起运动，位移传感器的接收部分固定在轨道一端，并让它与数据采集器相连接。[4]AB段的平均速度大小为（2）[5]根据描点法作出图象，如图所示。由图可知与成线性关系。[6]根据匀变速直线运动位移时间公式两边除以，可得[7]根据图象满足的函数式，当时，图象的截距即挡光片经过A点时精确的瞬时速度。图象的斜率为当时，，可得挡光片经过A点时精确的瞬时速度为[8]根据控制变量法，更换挡光片时应使其每次处于小车上同一位置，且每次都要保持由P点静止释放。8.（1）用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图甲所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为，已知遮光板的宽度为，滑块通过第二个光电门的速度大小为m/s（保留两位有效数字）。（2）为了监控车辆是否超速，交通部门常用测速仪来检测。测速原理如图乙所示，测速仪前后两次发出并接收超声波信号，再根据两次信号的时间差，测出被测车辆的速度。如果某次检测一辆匀速运动的汽车的车速时，第一次从发出至收到超声波信号用了0.3s，第二次从发出至收到超声波信号用了0.6s，两次信号发出的时间间隔是1.55s，则测得汽车的速度为m/s（假设超声波的速度为340m/s，且大小保持不变）【答案】0.2730【详解】（1）[1]滑块通过第二个光电门的速度大小为（2）[2]由于第一次从发出至接到超声波信号用了0.3秒，测速仪第一次发出的超声波到达汽车处所用的时间为测速仪第一次发出的信号从汽车处返回到测速仪时，汽车距测速仪由于第二次从发出至接受到超声波信号用了0.6秒，测速仪第二次发出超声波到达汽车处所用的时间为第二次发出的信号从汽车处返回到测速仪时，汽车距测速仪因此汽车在两次与信号相遇的过程中，行驶了这51m共用了所以汽车的车速为9.小华利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。先将木板左端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。然后小车右端用细绳跨过定滑轮和一个钩码相连，钩码下落，带动小车运动。（1）补偿阻力时，小车左端（选填“需要”或“不需要”）和纸带相连。（2）实验得到的纸带和相关数据如图乙所示，图中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s。以打出A点时小车位置为初始位置，得到位移AB、AC、AD、AE、AF平均速度如下表：位移区间ABACADAEAF0.10.20.30.40.566.073.080.087.394.6请根据表中数据，在方格纸上补全实验点，作出图线。（3）从实验结果可知，小车运动的图线可视为一条直线，从图线可得到打出A点时小车速度大小cm/s。（4）设图线的斜率为k，可得到小车的加速度大小。（5）小明认为若再增加一个钩码，不改变其他条件，重新实验作出的图线的斜率为2k。请判断该观点是否正确，并简要说明理由。【答案】需要58/59/602k不正确。因为再增加一个钩码后，小车的加速度小于原来的2倍，即斜率小于2k【详解】（1）[1]补偿阻力时，不仅补偿木板和小车之间的阻力，还需补偿纸带与打点计时器之间阻力，小车左端需要和纸带相连，故填“需要”。（2）[2]利用表格中的数据作出图线，如图所示。（3）[3]由图线知，纵轴的截距为点的速度，。（4）[4]小车做匀变速直线运动，有变形可得故小车在时，即打出点时小车的速度大小小车的加速度大小满足即（5）[5