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第6讲　实验一:探究小车速度随时间变化的规律
1.(10分)(2026·河南洛阳检测)某班同学利用如图甲所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验,电火花计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源。
(1)电火花计时器的工作电压为 (选填“8 V”或“220 V”)。安装纸带时,需要将纸带置于 (选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的 (选填“上方”或“下方”)。
(2)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。x1=3.59 cm,x2=4.41 cm,x3=5.19 cm,x4=5.97 cm,x5=6.78 cm,x6=7.64 cm。则小车的加速度a= m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB= m/s。(结果均保留两位有效数字)
(3)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后,在坐标系中描出的点如图丙所示,请根据这些点在图丙中作出v-t图像,并根据图像计算出小车运动的加速度a= m/s2(结果保留三位有效数字)。
2.(6分)(2025·湖北武汉模拟)某同学用如图甲所示的装置研究小车做直线运动的规律,实验步骤如下:
①将小车放在长板的P位置,让小车从P位置由静止开始下滑,通过计算机可得到小车与位移传感器间距离随时间变化的x-t图像如图乙所示,并求出小车的加速度a;
②改变长板的倾角,重复步骤①。
请回答下列问题:
(1)本实验 (选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的摩擦力。
(2)分析图乙中的x、t数据可知,小车在相邻相等时间内的位移差为2.60 cm,可得小车的加速度大小为 m/s2(结果保留两位小数)。
3.(8分)(2025·安徽合肥模拟)在暗室中用如图甲所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度尺、频闪仪。具体实验步骤如下:
①在漏斗中盛满清水,旋松螺丝夹子使水滴以一定的频率一滴滴地落下;
②用频闪仪发出的白闪光将水滴照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的闪光频率,直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴;
③记录各个水滴在竖直放置的刻度尺上所对应的位置;
④采集数据并处理。
(1)实验中看到一串仿佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率满足的条件是 。
(2)实验中观察到水滴“固定不动”时频闪仪的闪光频率为30 Hz,某同学在此时得到如图乙所示的第1个水滴到第10个水滴的位置,根据数据测得当地重力加速度g=9.72 m/s2;第8个水滴此时的速度v8= m/s。(结果均保留三位有效数字)
(3)该实验存在系统误差的原因可能是(答出一条即可) 。
4.(7分)(2026·江西南昌检测)物理实验课上,甲、乙两同学自主设计实验方案测当地的重力加速度,方案如下:
甲同学的方案:
(1)如图甲所示,将打点计时器固定在铁架台上,重物接上纸带,纸带穿过打点计时器。打开电源,释放纸带,让重物做自由下落运动,得到纸带。
(2)打出的纸带如图乙所示,连续打出的实验点作为计数点1、2、3、4、5、6、7、8、9等,电源的频率为50 Hz,实验时纸带的 (选填“左”或“右”)端应和重物相连接,由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为 m/s2(结果保留两位有效数字)。
乙同学的方案:
(3)如图丙所示,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门时间t,注意:图中未画出光电门B所接计时器。
(4)用螺旋测微器测量小球的直径,如图丁所示,则其直径为d= mm。
(5)用刻度尺测量出AB之间距离h。
(6)调整AB之间距离h,记录下小球通过光电门B的时间t,多次重复上述过程。以为纵轴,以h为横轴,理论上,-h图像为过原点直线,如图戊所示,其斜率为k0,则g=。
5.(9分)(2025·江西宜春二模)一辆小车上装有一个滴墨水的容器,每分钟滴出120滴墨水。重物通过滑轮用细绳牵引小车向右做匀加速直线运动,结果在水平桌面上留下一串墨滴,如图所示,测出ab=0.11 m,bc=0.15 m,cd=0.19 m,不计空气阻力。(结果均保留两位小数)
请回答下列问题:
(1)b、c墨滴刚滴下时小车的速度分别是 m/s、 m/s。
(2)小车运动的加速度为 m/s2。
(3)墨水刚离开容器的位置距离桌面有一定的高度,这一因素会导致速度的测量值偏大、加速度的测量值 。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)
第6讲　实验一:探究小车速度随时间变化的规律
1.(10分)(2026·河南洛阳检测)某班同学利用如图甲所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验,电火花计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源。
(1)电火花计时器的工作电压为220 V(选填“8 V”或“220 V”)。安装纸带时,需要将纸带置于墨粉纸盘(选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的下方(选填“上方”或“下方”)。
(2)第1个实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。x1=3.59 cm,x2=4.41 cm,x3=5.19 cm,x4=5.97 cm,x5=6.78 cm,x6=7.64 cm。则小车的加速度a=0.80 m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB=0.40 m/s。(结果均保留两位有效数字)
(3)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后,在坐标系中描出的点如图丙所示,请根据这些点在图丙中作出v-t图像,并根据图像计算出小车运动的加速度a=1.53(1.52~1.54均可) m/s2(结果保留三位有效数字)。
答案:见解析图
解析:(1)电火花计时器的工作电压为220 V,安装纸带时,应将纸带置于墨粉纸盘的下方。
(2)相邻两个计数点间的时间间隔为T=0.1 s,由逐差法得小车的加速度a==0.80 m/s2,打点计时器在打B点时小车的速度为vB= m/s=0.40 m/s。
(3)观察这些点大致落在一条直线上,偏离较远的可以舍弃,所以将这些点连成一条直线,如图所示。
根据图线可求出小车的加速度a= m/s2≈1.53 m/s2。
2.(6分)(2025·湖北武汉模拟)某同学用如图甲所示的装置研究小车做直线运动的规律,实验步骤如下:
①将小车放在长板的P位置,让小车从P位置由静止开始下滑,通过计算机可得到小车与位移传感器间距离随时间变化的x-t图像如图乙所示,并求出小车的加速度a;
②改变长板的倾角,重复步骤①。
请回答下列问题:
(1)本实验不需要(选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的摩擦力。
(2)分析图乙中的x、t数据可知,小车在相邻相等时间内的位移差为2.60 cm,可得小车的加速度大小为2.60 m/s2(结果保留两位小数)。
解析:(1)本实验研究小车做直线运动的规律,不用求小车所受的合力,即不需要平衡小车所受到的摩擦力。
(2)小车在0.1~0.2 s内的位移为Δx1=46.70 cm-42.80 cm=3.90 cm,小车在0.2~0.3 s内的位移为Δx2=42.80 cm-36.30 cm=6.50 cm,小车在相邻相等时间内的位移差为Δx=Δx2-Δx1=6.50cm-3.90 cm=2.60 cm,根据匀变速直线运动的推论Δx=aT2,得小车的加速度大小为a= m/s2=2.60 m/s2。
3.(8分)(2025·安徽合肥模拟)在暗室中用如图甲所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度尺、频闪仪。具体实验步骤如下:
①在漏斗中盛满清水,旋松螺丝夹子使水滴以一定的频率一滴滴地落下;
②用频闪仪发出的白闪光将水滴照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的闪光频率,直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴;
③记录各个水滴在竖直放置的刻度尺上所对应的位置;
④采集数据并处理。
(1)实验中看到一串仿佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率满足的条件是频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率。
(2)实验中观察到水滴“固定不动”时频闪仪的闪光频率为30 Hz,某同学在此时得到如图乙所示的第1个水滴到第10个水滴的位置,根据数据测得当地重力加速度g=9.72 m/s2;第8个水滴此时的速度v8=2.25 m/s。(结果均保留三位有效数字)
(3)该实验存在系统误差的原因可能是(答出一条即可) 见解析。
解析:(1)后一个水滴经过一个频闪时间间隔运动到前一个水滴的位置,可看到一串仿佛固定不动的水滴,即频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率时,水滴仿佛固定不动。
(2)因T= s,故由Δx=aT2可得(h10-h8)-(h8-h6)=g(2T)2,解得g=9.72 m/s2,v8=≈2.25 m/s。
(3)空气阻力对水滴的运动产生影响;水滴滴落的频率不恒定也会对实验产生影响。
4.(7分)(2026·江西南昌检测)物理实验课上,甲、乙两同学自主设计实验方案测当地的重力加速度,方案如下:
甲同学的方案:
(1)如图甲所示,将打点计时器固定在铁架台上,重物接上纸带,纸带穿过打点计时器。打开电源,释放纸带,让重物做自由下落运动,得到纸带。
(2)打出的纸带如图乙所示,连续打出的实验点作为计数点1、2、3、4、5、6、7、8、9等,电源的频率为50 Hz,实验时纸带的右(选填“左”或“右”)端应和重物相连接,由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为9.6 m/s2(结果保留两位有效数字)。
乙同学的方案:
(3)如图丙所示,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门时间t,注意:图中未画出光电门B所接计时器。
(4)用螺旋测微器测量小球的直径,如图丁所示,则其直径为d=8.475(8.474或8.476均可) mm。
(5)用刻度尺测量出AB之间距离h。
(6)调整AB之间距离h,记录下小球通过光电门B的时间t,多次重复上述过程。以为纵轴,以h为横轴,理论上,-h图像为过原点直线,如图戊所示,其斜率为k0,则g=。
解析:(2)重物做匀加速直线运动,相等时间间隔内通过的位移越来越大,则打点间距越来越大,可知实验时纸带的右端应和重物相连接;由题图乙纸带数据,可得x2=2.02 cm,x7=3.94 cm,根据x7-x2=5gT2,则有g= m/s2=9.6 m/s2。
(4)螺旋测微器的精确值为0.01 mm,由题图丁可知小球的直径为d=8 mm+47.5×0.01 mm=8.475 mm。
(6)小球经过光电门的挡光时间很短,可认为挡光过程的平均速度等于小球经过光电门时的速度,则有v=,根据运动学公式v2=2gh,联立可得h,可知,解得g=。
5.(9分)(2025·江西宜春二模)一辆小车上装有一个滴墨水的容器,每分钟滴出120滴墨水。重物通过滑轮用细绳牵引小车向右做匀加速直线运动,结果在水平桌面上留下一串墨滴,如图所示,测出ab=0.11 m,bc=0.15 m,cd=0.19 m,不计空气阻力。(结果均保留两位小数)
请回答下列问题:
(1)b、c墨滴刚滴下时小车的速度分别是0.26 m/s、0.34 m/s。
(2)小车运动的加速度为0.16 m/s2。
(3)墨水刚离开容器的位置距离桌面有一定的高度,这一因素会导致速度的测量值偏大、加速度的测量值不变。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)
解析:(1)每分钟滴出120滴墨水,则时间间隔为t==0.5 s,
小车在b点的瞬时速度为vb= m/s=0.26 m/s,
小车在c点的瞬时速度为vc= m/s=0.34 m/s。
(2)加速度为a==0.16 m/s2。
(3)考虑墨滴在空中做平抛运动,相邻两滴墨水之间的距离大于小车的实际位移,从而会导致速度的测量值偏大,但相邻两段位移之差不变,所以加速度的测量值不受上述因素的影响,即加速度不变。

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