2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（学生用书）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

物理必修第一册课堂学素 第二章匀变速直线运动的研究 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 答案精解P10 [学习目标]1.进一步掌握打点计时器的使用、纸带的数据处理和测量速度的方法（科学探究）. 2.通过处理实验数据探究小车的速度随时间变化的规律（科学探究）.3.会利用v-t图像处理实验数 据，能根据实验数据求加速度（科学思维）. 课前教材预案●。 教材梳理 计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸 知识点①儿实验思路 带，重复实验三次 1.实验原理 知识点3儿数据记录 (1)利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为 1采集数据 中间时刻取一小段位移，用这段位移的 舍掉纸带开头一些 的点，找一 表示这点的瞬时速度， 个适当的点作为计时起点.可选择相隔0.1s (2)用-t图像表示小车的运动情况：以速度v (或更短)的若干计数点进行测量 为 时间t为 建立直角坐标 如图所示，先测量出各个计数点到计时起点的 系，用描点法画出小车的？-t图像，图线的倾斜 距离：、x2,x,x,x…,再计算出相邻的两 程度表示加速度的大小，如果v-t图像是一条 个计数点间的距离：△x=x1,△=x2一x1, △T3=Ca一x2,△x4=xa一T3,△T3=x6一x4,·, 倾斜的直线，说明小车的速度是 的. 填人自己设计的表中. 2.实验器材 打点计时器（带导线） 纸带、 一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、 2.求解并记录各计数点的瞬时速度 、复写纸（墨粉）、坐标纸 (1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代 知识点2进行实验 替，即= △十△，w= 2T △十，…， 2T 1.如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌 上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在 u=△，十△z出 2T 长木板上没有滑轮的一端，连接好电路. T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交变电 纸假电视插头 源频率为50Hz,每5个点取一个计数点（中间 隔4个点)，则T=0.1s (2)设计表格并记录相关数据 位置编号 0 1 2 3 4 2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下 时间/s 0 0.10.20.30.40.50.6 边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木 1/(m·s1） 板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计 1/(m·sl) 时器，并把纸带的另一端固定在小车后面.。 3.把小车停在打点计时器处，先 /(m·s) 后 ,让小车拖着纸带运动，打点 ·26 第二章匀变速直线运动的研究 知识点4数据分析 知识点5注意事项 1,在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间， 1.开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器. 纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系 2.先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开 中描点 小车 2.画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点， 3.打点完毕，立即关闭电源 不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差 4选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集 比较大的点忽略不计，如图所示。 部分，选取适当的计数点（注意计数点与计时 点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于 多少 5.不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测 量完毕（可统一量出各计数点到计时起点的 3.观察所得到的直线，分析小车速度随时间变化 距离) 的规律。 6.在坐标纸上画o-t图像时，注意坐标轴单位长 4.根据所画？-t图像求出小车运动的加速度a=A之 度的选取，应使图像大致布满坐标纸 课堂 深度探究● 考点实验原理与操作 以上步骤有错误的是 (填步骤前的 字母)，应更正为 【例题1】在“探究小车速度随时间变化的规律” ;步骤合理的顺序是 的实验中， (填步骤前的字母)， (1)下列给出的器材中，有一部分已经选好 思维导引：根据实验原理和操作步骤，确定需 了，请选出还需要的器材 A.电磁打点计时器B.天平C.低压交变 要的实验器材：根据实验步骤，确定操作中存 电源D.低压直流电源E.细绳和纸带 在的错误，并加以改正， F.槽码和小车G.秒表H.一端有滑轮的 【变式1】（多选）某同学按如图所示的装置做“探 长铝板1.刻度尺 究小车速度随时间变化的规律”的实验 选出的器材有AEFH,还需要 (2)某同学按照以下步骤进行操作： A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想 的纸带： B.将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑 (1)图中仪器A叫作 ,使用220V 轮的一端，接上电源； (选填“交流”或“直流”)电源，释放 C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方， 小车前，小车应停在 (选填“靠近”或 先放开小车，再启动电磁打点计时器： “远离”)仪器A的位置. D.断开电源，取下纸带： (2)使用打点计时器分析小车运动情况的实 E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂 验中，有以下基本步骤： 上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带 A.释放小车让小车带着纸带运动 穿过电磁打点计时器。 B.固定好纸带 ·27· 物理必修第一册课堂学案 C.把打点计时器固定在带定滑轮的长木板上 方法应用 D.接通电源进行打点 处理纸带数据的方法 以上步骤的正确顺序是 1,处理纸带时，一定要分清计时点和计数 考点2实验数据处理 点，搞清计数点之间的时间间隔T, 【例题2】在“探究小车速度随时间变化的规律” 2.利用极限思想将平均值代替瞬时值是物 的实验中，打点计时器使用的交变电源的颜 理学中常用的方法.纸带上某点的瞬时速 率为50Hz,记录小车运动的一段纸带如图甲 度等于以此，点为中间时刻的前、后相邻两 所示，在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计 点间的平均速度 数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出. 3.标度的选择要结合数据及其分布特点制定， 单位：cm 以使图像在坐标系中合理分布，大小适中」 20. 【变式2】某同学在做“探究小车速度随时间变化 的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频 (1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时 率是50Hz,在实验中得到一条点迹清晰的纸 小车的速度，填入表中： 带，他把某一点记作O,再依次选6个点作为 计数点序号 B C D E 计数点，分别标以A、B、C、D、E和F,如图甲 计数点对应的时刻/s 0 0.1 0.2 0.3 所示. 打下计数点时小车的速 0.25 0.45 /(m-s) 度/(m·s) 260 (2)根据表中的数据，在图乙中作出小车运动 QARGDF F 的v~t图像，分析可知小车速度随时间变化 1.00 见 02468102×10r') 的规律为 乙 cms) (1)如果测得C、D两点相距2.70cm,D、E两 0.60 0.50 点相距2.90cm,则在打D点时小车的速度 0.40 0.30 是 m/s. 0.20 0.10 (2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然 0.10.20.30.4f 后根据数据在v-t坐标系中已描好点，请在 (3)根据作出的v-t图像可得小车运动的加速 图乙中作出小车的。-1图像，并求出小车的 度为 m/s.(结果保留两位有效数字) 加速度a= m/s2. ● 课末随堂演练● 1,(实验原理与操作)（多选）在“探究小车速度随 2.(实验数据处理)某同学利用图示装置研究小 时间变化规律”的实验中，下列操作中正确 车的匀变速直线运动. 的是 按电游 小相 打点计时器 A.在释放小车前，小车要靠近打点计时器 B.打点计时器应放在长木板的有滑轮一端 低带 C.应先接通电源，后释放小车 D.电火花计时器应使用低压交流电源 ·28· 第二章匀变速直线运动的研究 (1)实验中，必要的措施是 草g A.先释放小车再接通电源 B.先接通电源再释放小车 s=3.59cm,s2=4.41cm,s=5.19cm,s C.将小车放在靠近打点计时器的一端 5.97cm,=6.78cm,s6=7.64cm,则小车的 D.将小车放在远离打点计时器的一端 加速度a= m/s(充分利用测量的数 (2)他实验时将打点计时器接到频率为100Hz 的电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点 据)，打点计时器在打点时小车的速度= m/s.(结果均保留两位有效数字) 如图所示（每相邻两个计数点间还有9个点， 图中未画出) 友情提示完成P1课时作业（六） 第2节 匀变速直线运动的速度与时间的关系 答案精解P [学习目标]1.知道匀变速直线运动的特点及分类（物理观念），2.理解匀变速直线运动的v-1图像特 点（物理观念）.3.掌握匀变速直线运动的速度公式，能解决生活中的匀变速直线运动问题（科学思维）. 课前 教材预案● 教材梳理 2.适用条件： 直线运动. 知识点1匀变速直线运动 I自主检测 1.定义：沿着一条直线，且 的 1.判断下列说法的正误. 运动. (1)匀变速直线运动的加速度不变. () 2.v-1图像：匀变速直线运动的v-1图像是一条 (2)速度逐渐增大的直线运动是匀加速直线 的直线 运动， () 3.分类 匀加速直线运动：速度随时间 (3)公式v=h十at适用于任何做直线运动的 物体 () 匀变速直线运动 匀减速直线运动：速度随时间 (4)匀加速直线运动的v-t图像的斜率逐渐 增大 ()》 知识点2速度与时间的关系 2.一辆汽车原来的速度是6m/s,在一段足够长的 1.速度与时间的关系式：v 其中o指 下坡路上以0.5m/s的加速度做匀加速直线运 t时刻的速度，指0时刻的速度， 动，则行驶了4s时的速度为 m/s. 课堂 深度探究● 考点1匀变速直线运动的特点及v-t图像 (1)物体分别做什么运动？ (2)在乙、丙、丁图中，加速度不变的物体是哪 【情境导学】四个做直线运动的物体的)-（图像 个？在乙和丁图中，物体的运动有什么不同？ 如图所示. ·29·加速度与速度变化量没有必然联系,速度变化量较大,所用 (8+12)×4m=40m,r-x-8m6m.所以当i-4s$ 时间也较大时,加速度不一定大,选项C错误;速度方向改 时甲车已经超过乙车,选项A错误,因为当/一12s时乙车速 变,加速度方向不一定改变,选项D错误 度减为零,而甲车以4m/s的速度继续运动下去,所以两车 △可得a= 2.D 解取竖直向下为正方向,根据a= 间的距离会一直增加,选项B错误,前4s内两车发生了第 △ 一次相遇;当/一4s时,两车速度相同,并且甲车在前,乙车 在后,之后两车均减速,但乙车减速较慢,速度较大,两车间 3.C解由题意可知,速度的方向沿正方向,加速度的方向 距变小;当t一6s时,甲车速度减为4m/s,乙车逸度减为 沿负方向,方向相反,做减速运动,速度减小,选项C正确. 6m/s;前6s内它们的位移分别为x= 4. AC 质点A的加速度大小为2-0m/s{}-0.5m/{},选 6m-60m.xz= 2×(6+12)×6m=54m,因为r- 项A正确;t一1s时,质点B的运动方向没有改变,选项B错 x一6m,所以当i一6s时,它们第二次相遇;之后,乙车在 误;1一2s时,质点B的速度方向改变但加速度方向不变,选 前,甲车在后,在6~8s时间内,乙车速度大于甲车,它们的 项C正确;第2s内,质点B的速度方向为负,加速度方向为 间距逐渐增大;当18s时,甲车速度大于乙车,它们的间距 正,选项D错误. 逐渐减小;因为最后乙车静止,而甲车以4m/s的速度继续 章末复习方案 运动下去,所以甲车肯定会再次追上乙车,它们发生第三次 命题视角1 相遇;此后,甲车速度始终大于乙车,它们的间距逐渐增大, 1.C “天和”和“神舟十五号”绕地球运行,选取地球为参 选项C错误,D正确. 3.CD 解析x-1图像某点的切线斜率表示瞬时速度,选项A 考系,它们都是运动的,选项A、B错误;“天和”和“神舟十五 号”对接后,相对位置保持不变,不论选取哪一个为参考系, 错误;前t时间内由于甲、乙的出发点不同,故路程不同,选 另一个都是静止的,选项C正确,D错误 项B错误;t~t。时间内,甲、乙的位移和路程都相等,大小 2.D 解由题意可知从O到N处的路程为sN-xx+sN 都为x一x,选项C正确;t~l。时间内,甲的x-1图像在某 585m+304m-889m,选项A错误;位移的大小为两点之 一点的切线与乙的x一/图像平行,此时两车速度相等,选项 D正确. 间的直线距离,O、M、N三点大致在一条直线上,则从O到 N处的位移大小为xv=&+x-463m+234m-697m. 第二章 匀变速直线运动的研究 选项B错误;平均速率为路程与时间的比值,故从O行驶到 M处的平均速率为0M-585 米/天~9.60米/天,选项 第1节 实验:探究小车速度随时间变化的规律 t 61 C错误;平均速度大小为位移与时间的比值,则从M行驶到 课前·教材预案 【教材梳理】 tV 知识点1 D正确. 1.(1)平均速度 (2)纵轴 横轴 3.C 翻根据位移概念可知,该次作业中小车相对地面的位 均匀变化 2.交变电源 刻度尺 移为x-v 8+6m-10m,选项C正确. 知识点2 命题视角2 3.接通电源 释放小车 1.D 解取返回时的速度方向为正方向,则由a一 知识点3 球在撞击球拍过程中的加速度为a---20,水球在 1.过干密集 课堂·深度探究 撞击球拍过程中的加速度大小为2,选项D正确. [例题1]解(1)在本实验中,不需要测量小车和糟码的质量, 因此不需要天平,电磁打点计时器使用的是低压交变电源, 2.D 解子弹出枪口的速度,是通过某一位置的速度,表示 因此不需要直流电源,同时电磁打点计时器记录了小车的 瞬时速度,选项A错误;小球第3s末的速度,表示某一时刻 运动时间,因此不需要秒表,测量点迹间的距离需要刻度 的速度,是瞬时速度,选项B错误;汽车通过站牌时的速度, 尺,所以还需要的器材是C、1. 是通过某一位置的速度,是瞬时速度,选项C错误;汽车从甲 (2)以上步骤有错误的是C,应先启动电磁打点计时器,再 站行驶到乙站的速度,是一段位移的速度,表示平均速度 放开小车,根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知,操 选项D正确 作步骤顺序为BECDA 3.A 解根据题图可得△-40km/h~l1m/s,根据加速度的 (1)C、I(2)C 先启动电磁打点计时器,再放开小 定义式有-△_11 m/s~1.6m/s,选项A正确,B.C.D A7 车 BECDA 错误。 [变式1](1)题图中仪器A叫作电火花计时器,使用220V 命题视角3 交流电源,实验过程中,释放小车前,小车应停在靠近仪器 1.A 速度一时间图像的面积表示位移,面积的正负表示 A的位置. 位移的方向,故该物体在4s末回到出发点,做往复运动,选 (2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中,基本步 项A正确. 骤为:先把打点计时器固定好,再固定好纸带,再接通电源 2.D 利用v-1图像的面积求位移,前4s内,甲车位移为 进行打点,之后释放小车,让小车带着纸带运动,故正确的 顺序是C、B、D、A. :_一 智翻(1)电火花计时器 交流 靠近(2)CBDA ·190· [例题2]解析(1)相邻两计数点间的时间间隔为T一0.1s,一 3.均匀增大 均匀减小 段很短时间内的平均速度可替代中间时刻的瞬时速度,则 知识点2 BDAD-AB-0.35 m/s. 1.tat 2T DFAF-AD-0.55m/s. 2.匀变速 r= 2T 2T 【自主检测】 1.(1) (2)X (③)x (4)X (2)作出的v-t图像如图所示,小车运动的v-t图像是一 2.8 条倾斜的直线,说明小车速度随时间均匀增加. t(m.s) 课堂·深度探究 0.60 【情境导学】 0.50 智(1)甲做匀速直线运动;乙做匀加速直线运动:丙做匀 0.40 0.30 或速直线运动:工做变加速直线运动 0.20 (2)乙、丙;物体乙的v-7图线斜率不变,加速度不变,速度随 0.10 时间均匀增加,物体丁的v-1图线斜率变大,加速度变大,速 0 0.10.20.30.4s 度增加得越来越快 (3)由(2)中图线的斜率可求得加速度a--1.0m/s②。 [例题1]D析匀变速直线运动的加速度是不变的,即任意 △r 时刻速度的变化率相同,在任意相等时间内速度的变化量 唇(1)0.35 0.55(2)见解析图 见解析 (3)1.0 相等且不为零,选项A、C错误,D正确:做匀变速直线运动 [变式2](1)-n+rx0.0270m+0.0290m 的物体,它的加速度方向和速度方向之间没有必然联系,可 2T 0.04s 能相同也可能相反,选项B错误。 1.40m/s. [变式1]AD图像斜率不变,加速度就不变,选项A正 (2)小车的v-1图像如图所示,a- △u-5.00m/s. 确,B错误;物体先做匀减速运动,再做反方向匀加速运动 选项C错误;1-0时和1-6s时物体的速率都为30m/s +u/(n·s) 选项D正确. 【情境导学】 由加速度的定义式a-,整理得时 △-0 1.0024681012/(x10) , 刻物体的瞬时速度v一u十al. 唇案(1)1.40 (2)见解析图 5.00 [例题2]解析(1)运动员下滑过程中的加速度大小 课末·随堂演练 20 1.AC 由于小车速度较快,且运动距离有限,打出的纸带 长度也有限,为了尽可能增加纸带长度,且在纸带上尽可能 运动员到达坡底时的速度大小 =at-1×50m/s-50m/s. 多地获取间距适当的数据点,在释放小车前,小车要靠近打 运动员在水平面上的加速度 点计时器,且应先接通电源,后释放小车,选项A、C正确;打 a-:_0-50 点计时器应放在长木板没有滑轮的一端,选项B错误;电火 20 m/s--2.5m/s. 花计时器应使用220V交流电源,选项D错误. 即a。的大小为2.5m/s. 2.翻(1)实验时应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再 (2)运动员到达坡底后再经过6s时的速度大小为 释放小车,选项A错误,B正确;为了充分利用纸带获取多的 =v+at-50m/s-2.5×6m/s-35m/s. 数据,应将小车放在靠近打点计时器的一端,选项C正确,D 智(1)1m/s*}2.5m/s(2)35m/s 错误. [变式2]解(1)以火车运动的方向为正方向, (2)电源频率为100Hz,则打点计时器每隔0.01s打一个 w=54 km/h-15m/s.v =43.2km/h-12m/s. 点,纸带上每相邻两个计数点间还有9个点,图中未画出,则 知纸带上每相邻两个计数点间的时间间隔为T一10× △r (s+s+s)-(+8+s)-0. 80m/s{. 6 0.01s-0.1s.a- 负号表示方向与火车运动方向相反. 9T2 (2)火车从开始减速到停止所用的时间 由中间时刻的瞬时速度等于平均速度,可得打点计时器在打 0-0-15 B点时小车的速度v ---3.50+4.41×10m/s -0.5 s-30s. 2T 2X0.1 火车在第15s末的速度大小为 0.40m/s. =+at-[15+(-0.5)x15]m/s-7.5m/s. (1)BC(2)0.80 0.40 (3)由(2)分析可知,火车从开始减速到停正所用的时间为 第2节 匀变速运动的速度与时间的关系 30s.所以火车在第45;末的速度为零 智翻(1)0.5m/s,方向与火车运动方向相反 (2)7.5m/s 课前·教材预案 (3)0 【教材梳理】 课末·随堂演练 知识点1 1.AC 解匀变速直线运动的加速度a不变,选项A正确;由 1.加速度不变 知,由于a不变,在相邻的相同时间间隔内△v相等, 2.倾斜 △ .191·