1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理必修1同步导学案配套PPT课件（人教版，多选）

1　实验:探究小车速度随时间变化的规律 第二章　匀变速直线运动的研究 [学习目标]　1.进一步练习使用打点计时器。2.会测量小车的瞬时速度。3.会用v-t图像处理实验数据,并计算小车的加速度(重点)。 课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、实验原理 1.利用纸带计算瞬时速度:以纸带上某点为中间时刻取一小段位移,用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 2.用v-t图像研究小车的速度变化规律:以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的v-t图像,图线的倾斜程度表示加速度的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的。 二、实验器材 电磁打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 三、进行实验 1.如图所示,把一端带有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,连接好电路。 2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上适当的槽码,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行,然后把纸带穿过打点计时器,并把纸带的另一端固定在小车的后面。 3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,后释放小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一串小点,随后立即关闭电源。换上新纸带,重复实验三次。 四、数据处理 1.测量并记录数据 (1)舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点作为计时起点(0点),每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点进行测量(电源频率为50 Hz,相邻两点间还有四个点未画出)。标明0、1、2、3、…,测量各计数点到0点的距离,并记录。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … t/s                 x/m                 v1/(m·s-1)                 v2/(m·s-1)                 v3/(m·s-1)                 …                 (2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3、…并填入表中。 (3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度计算各点的速度,即vn=,例如,计数点4的速度v4=,并将求得的各计数点1、2、3、…的瞬时速度,填入上面的表格中标有“v1”的一行。 (4)同理,计算增减槽码后两次实验的速度,分别填入表格中标有“v2”和“v3”的两行。 2.作出v-t图像并分析运动规律 (1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,并根据表格中的数据在坐标系中描点。 (2)画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,舍去偏差比较大的点,如图所示。 (3)观察所得到的直线,分析小车的速度随时间的变化规律。 (4)根据v-t图像求出小车运动的加速度a=。 五、误差分析 项目 产生原因 减小方法 偶然 误差 纸带测量的位移有误差 一次性测量各计数点到起始点的距离,而不是直接测量相邻计数点间的距离 系统 误差 木板的粗糙程度不完全相同 尽量选用粗糙程度均匀的木板 六、注意事项 1.安装实验装置时,应调节定滑轮的高度,使小车与定滑轮之间的细绳平行于长木板。 2.开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。 3.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。 4.打点完毕,立即断开电源。 5.选取一条点迹清晰的纸带,舍弃点迹密集部分,适当选取计数点(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。一般在纸带上每隔4个点取一个计数点,即时间间隔为T=0.02×5 s=0.1 s。 6.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像尽量分布在坐标平面中央。 7.利用描出的点作v-t图像时,不要将相邻的点依次相连成折线,应使大多数点落在最佳拟合曲线(或直线)上,不在线上的点均匀分布在线的两侧,个别离线较远的点舍去。 题型1　实验原理与操作 [例1]　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中: (1)给出下列器材: A.电磁打点计时器　　　 B.天平 C.低压交变电源 D.低压直流电源 E.细绳和纸带 F.槽码和小车 G.秒表 H.一端有滑轮的长木板 I.刻度尺 本实验要用到的器材除了A、E、F、H外,还需要　　　　。  实验创新研析 C、I (1)在本实验中,不需要测量小车和槽码的质量,因此不需要天平;电磁打点计时器使用的是低压交变电源,因此不需要直流电源;同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间,因此不需要秒表;测量点迹间的距离需要刻度尺。所以还需要的器材是C、I。 (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木板上没有滑轮的一端,接上电源 C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方,先放开小车,再启动电磁打点计时器 D.断开电源,取下纸带 E.把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上槽码,把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器 以上步骤有错误的是　　　　(填步骤前的字母),应更正为 　　　　　 　　　　　　　　　　;步骤合理的顺序是　　 　　(填步骤前的字母)。   (2)以上步骤有错误的是C,应先启动电磁打点计时器,再放开小车。 根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知,操作步骤顺序为BECDA。 C 先启动电磁打点计时器,再放开小车 BECDA 题型2　数据处理与分析 [例2]　在做“研究匀变速直线运动规律”的实验时,某同学得到一条用电火花计时器打出的纸带如图甲所示,并在其上选取A、B、C、D、E、F、G共七个计数点,每相邻两个计数点间还有四个点(图中没有画出),电火花计时器接220 V、50 Hz的交变电源。他经过测量并计算得到的电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表所示。 计数点 B C D E F 速度/(m·s-1) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 (1)设电火花计时器的周期为T,计算打F点时物体的瞬时速度大小的公 式为vF=　　　　(用题中所给字母表示)。  (1)电火花计时器的周期为T,利用某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度可得,在打F点时物体的瞬时速度大小为vF=。 (2)根据表中所给数据,以A点对应的时刻为t=0时刻,试在图乙坐标系中作出v-t图像。 [答案]　(2)图见解析 (2)根据表中数据,以A点对应的时刻为t=0时刻,利用描点法作出的v-t图像如图所示。 (3)利用该图像求得物体运动的加速度a=　　　 m/s2(结果保留两位有效数字)。  (3)由v-t图像求得物体运动的加速度为a== m/s2= 0.40 m/s2。 0.40 规律总结 数据处理的规范要求 1.处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清相邻计数点之间的时间间隔T。 2.明确坐标轴的意义并选取合适标度,既要把数据标注在坐标系中,又要匀称直观,合理分布,大小适中。 3.如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上,作图线时应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布在直线两侧;如果图线是曲线,要用平滑的曲线连接各点。 题型3　实验拓展与创新 [例3]　一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号。如图甲所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为0时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3= 　　　　 m/s,v4=0.18 m/s,v5=　　　　 m/s。 在图乙坐标中作出小球的v-t图像(保留描点痕迹)。 [答案]　图见解析  0.12 0.24 由题图甲知,x2+x3=0.12 m,则v3== m/s=0.12 m/s;又x4+x5= 0.24 m,则v5== m/s=0.24 m/s,其v-t图像如图所示。 [针对训练]　某探究小组用自制“滴水计时器”研究小车在水平桌面上的直线运动。如图(a)所示,将滴水计时器固定在小车旁,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6个水滴的位置,已知滴水计时器每30 s滴下46个小水滴。 (1)由图(b)可知,小车在桌面上的运动方向是　 　　　。  (1)小车在阻力作用下,做减速直线运动,由题图(b)可知,从右到左相邻水滴间的距离逐渐减小,所以小车在桌面上由右向左运动。 由右向左 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做加速度不变的直线运动。滴水计时器滴下图(b)中点A处的水滴时,小车的速度大小为 　　　　 m/s,加速度大小为　　　　 m/s2。(结果均保留两位有效数字)  0.19 0.038 (2)已知滴水计时器每30 s滴下46个小水滴,有45个间隔,所以相邻水滴间间隔的时间t= s= s 滴水计时器滴下点A处的水滴时,小车的速度大小为 vA=≈0.19 m/s 同理,可求出滴下左侧第2个水滴时,小车的速度为 v1=≈0.137 m/s 滴下右侧第2个水滴时,小车的速度为 v2=≈0.212 m/s 小车的加速度大小为 a==≈0.038 m/s2。 课时作业 巩固提升 2 3 1 1.(2024·广东佛山南海区高一上学期月考)在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中,某同学操作过程中有以下实验步骤: A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,先放开纸带,再接通电源; B.将打点计时器固定在长木板上远离定滑轮的一端,并连接好电路; C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着适当重的钩码,放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动; D.断开电源,取下纸带; 2 3 1 E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使附有定滑轮的一端伸出桌面; F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔; G.换上新纸带,重复操作两次。 (1)其中有一处错误的步骤是　　;应改正为　 。  A 先接通电源,再放开纸带 2 3 1 (1)为了充分利用纸带,在纸带上得到更多的数据,实验时拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,应先接通打点计时器的电源,待打点计时器打点稳定后再放开纸带,因此有一处错误的步骤是A。 应改正为先接通打点计时器的电源,待打点计时器打点稳定后再放开纸带。 2 3 1 (2)将改正后的步骤按合理的顺序补充完整为EB　　　　DG。  (2)实验前应先安装仪器,后进行实验,因此改正后的步骤合理的顺序为EBCFADG。 CFA 2.小明同学按如图甲所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 2 3 1 (1)释放小车时,实验装置如图甲所示,该装置中操作错误的是 　　　　。  A.电磁打点计时器接在直流电源上了 B.小车质量没有远大于槽码质量 C.小车离打点计时器过远 (1)电磁打点计时器应接在交流电源上;不需小车质量远大于槽码质量;小车离打点计时器过远,故选A、C。 2 3 1 AC (2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分,A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T=0.02 s)。由于操作不慎,C点模糊了,但小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为　　　　 cm,在打下C点时小车的速度最接近于　　　　 m/s(结果保留三位有效数字)。  2 3 1 3.00 1.40 (2)A点在刻度尺上位置的读数为3.00 cm;打点计时器打点时间间隔T=0.02 s,在打下C点时小车的速度vC== m/s= 1.40 m/s。 2 3 1 3.(1)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,关于轨道末端滑轮高度的调节正确的是　　　　　　。  (1)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,轨道末端滑轮的高度应调节至使细绳与轨道平行,故选B。 2 3 1 B (2)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况。如图1所示,在纸带上选取7个计数点,每相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出,用刻度尺测量出各计数点1、2、3、4、5、6到“0”点的距离依次为3.20 cm、7.20 cm、11.98 cm、17.58 cm、24.00 cm、31.24 cm。 2 3 1 ①已知打点计时器所用电源是频率为50 Hz的交流电,试根据纸带上各计数点间的距离,计算出打下1、2、3、4、5五个点时小车的瞬时速度,并将表中的速度值补充完整(均保留两位有效数字)。 2 3 1 计数点 1 2 3 4 5 速度 v1 v2 v3 v4 v5 速度值(m/s) 　　  0.44 0.52 0.60 　　  0.36 0.68 2 3 1 (2)①打点计时器所用电源是频率为50 Hz 的交流电,每相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出,有T==0.1 s,则 v1==0.36 m/s, v5=≈0.68 m/s。 ②以“0”点为计时起点,将表中1、2、3、4、5五个计数点对应的小车的瞬时速度标在图2所示的直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度v随时间t变化的关系图像。 答案:图见解析 2 3 1 ②画出小车的瞬时速度v随时间t变化的关系图像如图所示。 2 3 1 ③由②中所画的v-t图像,可以求出小车在打点计时器打下计数点“0”时的速度大小为　　　 m/s,加速度大小为　　　 m/s2。(均保留两位有效数字)  ③由图可知,v0=0.28 m/s,加速度大小为 a==0.80 m/s2。 2 3 1 0.28 0.80 $$