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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）。0.4401.00【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