2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）实验一　 探究小车速度随时间变化的规律

实验一探究小车速度随时间变化的规律考情调研命题特征测量做直线运动物体的速度和加速度实验是力

学实验的“基础与重点”。

本实验在高考命题

中出现频率高，在近三年的全国卷和地方卷中

较多出现，且创新性较强，如用滴水计时、用

频闪照相机、手机拍摄等替代常规的打点计时

器等；实验应用广，例如探究加速度与物体受

力、物体质量的关系，验证机械能守恒定律以

及验证动量守恒定律等实验与该实验都有交

集，这些实验都聚焦纸带问题，所以本实验是

力学实验的“根”1.考装置：器材装配

以及其他器材替代。2.考读算：读长度、

算速度和加速度以及

作图求解。3.考变化：

计时方

式、实验原理创新

某同学用图1所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律。【实验步骤】（1）除小车、重物、打点计时器（含纸带、复写纸）、导线、开关

等器材外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有

（填

选项代号）。A.电压可调的直流电源B.电压合适的50Hz交流电源C.秒

表D.刻度尺E.天平BD

解析：打点计时器的工作电源是交流电，故A错误，B正

确；打点计时器打相邻两计时点的时间间隔是已知的，故不需

要秒表，C错误；实验中需要测量纸带上计数点间的距离，需要

刻度尺，故D正确；实验中小车做匀变速运动即可，不需要测量

重物和小车的质量，故E错误。（2）安装好实验器材，把小车停在靠近打点计时器处，让拖着纸带

的小车在重物的牵引下沿直线拉动纸带沿长木板运动，打点计

时器在纸带上打下许多小点。换上新纸带，重复实验三次。（3）下列操作必须要进行的是

⁠。A.把木板右端适当垫高，以平衡摩擦B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行C.小车的质量要远大于重物的质量D.实验时要先接通电源再释放小车BD

【注意事项】解析：本实验中，只要保证小车做匀变速直线运动即可，不需要

平衡摩擦力和保证小车的质量远大于重物的质量，但要保证细

线与木板平行；实验开始时，小车要靠近打点计时器，先接通

电源后释放小车，故选B、D。（4）①用逐差法处理数据选出一条点迹清晰的纸带，其中一部分如图2所示，B、C、D为

纸带上标出的3个计数点（每相邻两计数点之间还有4个计时点

未画出）。从图中数据可知，在打C点时小车的瞬时速度大小

为

m/s，小车的加速度大小为

m/s2（结果保留

3位有效数字）。0.440

1.00

【数据处理与误差分析】②用图像法处理数据根据实验测得的数据，计算打出纸带上各计数点时小车的速度

大小，在坐标纸上建立坐标系，描点绘制小车运动的v－t图像，

若图像是一条倾斜的直线，则可判断小车做匀变速直线运动，

其依据是v－t图线的斜率表示

⁠。加速度

（5）如果电源由于长期使用电压降低，而做实验的同学并不知道，

那么加速度的测量值与实际值相比

（填“偏大”“偏

小”或“不变”）。不变解析：电压的大小影响点迹的清晰程度，但不影响打点的频率，

即不影响实验结果。1.计时点和计数点的区别（1）计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，如果使用50Hz的

交流电源，两相邻计时点的时间间隔为0.02s。（2）计数点是人们根据需要选择一定数目的计时点取一个计数

点，两个相邻计数点的时间间隔由选取计时点的个数而定。注意：“每打n个计时点取一个计数点”与“每隔（n－1）个

计时点取一个计数点”的时间间隔相等，即T＝nT0，其中T0

为相邻计时点的时间间隔，由所用交流电源的频率决定，T为

相邻计数点的时间间隔。2.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动由Δx＝aT2可知，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。3.由纸带计算某点的瞬时速度

4.利用纸带求物体加速度的两种方法（1）逐差法根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2，求出平均值

在数据处理时可以对纸带重新分段，把6段距离分为“前三”

和“后三”，“后三”减“前三”也为相邻相等时间间隔内

的位移差，时间间隔为3T。（2）图像法

（2024·河北邢台模拟）实验小组利用如图1所示的装置探究小车速

度随时间变化的规律，打点计时器所接电源的频率为50Hz。

（1）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2

所示，则纸带上打计数点2时的小车速度大小v2

＝

m/s，打计数点4时小车的速度大小v4

＝

m/s。（结果均保留3位有效数字）

0.504

0.805

（2）利用各计数点计算得到的速度作出小车运动的v－t图像，得到一

条倾斜的直线，说明小车做匀加速直线运动，则小车运动的加

速度大小a＝

m/s2。（结果保留3位有效数字）

1.50

【典例1】

（2023·全国甲卷23题）某同学利用如图（a）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。让小车左端和纸

带相连，右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运

动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图

（b）所示。

位移区间ABACADAEAFΔx/cm6.6014.60ΔxAD34.9047.3066.073.087.394.6

（4）根据（3）中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到

打出A点时小车的速度大小vA＝

，小车的加速度大小a

＝

。（结果用字母k、b表示）三步稳解题（1）分析实验目的：探究物体做直线运动时平均速度与时间的关

系。

答案：（1）24.00

80.0

（2）见解析图（3）70.0

59.0

（4）b

2k

（2）将坐标点（0.3s，80.0cm/s）在图（c）中描点，如图

所示。

【典例2】某探究小组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，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌

面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小

水滴）

（1）由图（b）可知，小车在桌面上是

（选填“从右向左”或

“从左向右”）运动的。（2）该小组同学根据图（b）所示的数据判断出小车做匀变速运动。

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：（1）从右向左（2）0.19

0.038

解析：（1）由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，

做匀减速直线运动，相邻水滴（时间间隔相同）的位置间的距

离逐渐减小，所以由题图（b）可知，小车在桌面上是从右向左

运动的。

（2024·天津河西一模）小明用气垫导轨和光电门测量滑块做匀加

速运动的加速度，如图甲所示。

（1）用游标卡尺测量遮光条宽度d。测量结果如图乙所示，则d

＝

mm。解析：游标卡尺读数为d＝1mm＋16×0.05mm＝1.80mm。1.80

（2）按图示安装好实验器材并测出两光电门间的距离L。接通电源，

释放滑块，记下遮光片通过光电门A、B的时间分别为t1、t2，则

遮光片经过光电门B的速度vB＝

⁠。

（3）滑块的加速度a＝

（用测出的物理量符号L、

d、t1和t2表示）。

跟踪训练·巩固提升1.某实验小组用如图甲所示的装置探究匀变速直线运动的特点。

（1）正确组装好打点计时器及纸带；1234567（2）在靠近打点计时器处释放物块时，要在释放

（选填

“前”或“后”）接通打点计时器的电源，得到如图乙所示

的一条纸带。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，相邻

两点间还有四个点没画出；解析：为了使得纸带上的点尽可能多些，则需要先接通

电源，后释放纸带。前1234567（3）若测得d3＝19.0cm，d6＝74.0cm，则物块的加速度大小

为

m/s2。

4.0

12345672.（2024·福建福州一模）如图所示，粗糙程度均匀的斜面体固定在

水平面上，将一带有遮光条的滑块从斜面同一位置P由静止释放，

滑块可通过光电门A，回答下列问题。1234567（1）利用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图所示，则遮光条的

宽度为d＝

mm。解析：遮光条的宽度为d＝6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm。6.700

1234567

1234567

12345673.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：1234567

1234567

完成下列填空：1234567

1234567（2）由图（c）可求得，vA＝

cm/s，a＝

cm/s2。

（结果保留3位有效数字）52.1

16.3

1234567

12345674.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。刻度尺（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”）；1234567解析：该实验测量重力加速度，不需要天平测量质量；需要用刻度尺测量遮光带（透光带）的宽度，故需要刻度尺。1234567（2）该同学测得遮光带（透光带）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…Δt/（×10－3s）73.0438.6730.00…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v3＝

m/s（结果保留2位有效数字）；1.5

1234567（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）；

1234567（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：

⁠。解析：光栅板的长度明显，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。光栅板受到空气阻力的作用12345675.（2022·全国乙卷22题）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时

刻（t＝0）开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1

s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列问题：（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运

动，判断的理由是

⁠；相邻相等时间间隔位移差大小接近1234567解析：将表格中数据转化为如图所示的图像，则x1＝507m，x2＝587m，x3＝665m，x4＝746m，x5＝824m，x6＝904m，可得x2－x1＝80m，x3－x2＝78m，x4－x3＝81m，x5－x4＝78

m，x6－x5＝80m，相邻相等时间间隔位移差大小接近，可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。1234567（2）当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝

m/s2；

547

1234567（3）这段时间内该飞行器加速度的大小a＝

m/s2（保留2位有

效数字）。

79

12345676.（2024·广西南宁模拟）用如下图（a）所示的实验装置测定重力加速

度。实验器材有：小钢珠、固定底座、带有标尺的竖直杆、光电门

1和2组成的光电计时器（其中光电门1更靠近小钢珠释放点），小

钢珠释放器（可使小钢珠无初速释放）、网兜。实验时可用两光电

门测量小钢珠从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出

两光电门间的距离h。1234567

1234567（1）用游标卡尺测量小钢珠的直径如图（b）所示，则直径

为

cm；解析：游标卡尺的主尺读数为11mm，游标读数为

14×0.05mm＝0.70mm，则最终读数为11.70mm＝1.170cm。

1.170

2k