1.实验探究小车速度随时间变化的规律 （教用Word）-【赢在微点·轻松课堂】2025-2026学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第二章　匀变速直线运动的研究 　　▶导语:研究变速运动,应该从最简单的变速运动开始,匀变速直线运动就是一种最简单的变速运动。本章借助第一章中学习过的打点计时器研究匀变速直线运动的特点,并用推理的方法得到各物理量之间的定量关系,如速度公式、位移公式、速度—位移关系式,推导几个推论,如==、Δx=aT2、初速度为零的匀加速直线运动的几个比例关系式等。本章中用到的思想方法有微元法、图像法,这些方法在解题中起着重要的作用。练习中应注意体会各个公式的选用环境,形成解题思路。 要点精准概括 3个基本公式:速度公式、位移公式、速度—位移关系式 3个重要推论:==、Δx=aT2、初速度为零的匀加速直线运动的几个比例关系式 1个实验:探究小车速度随时间变化的规律 1个实例:自由落体运动 3个思想方法:微元法、“逻辑+推理”的研究方法、图像法 3种解题方法:基本公式法、推论法、图像法 3个关键能力:推理能力、建立物理模型的能力、知识迁移能力 第二章　匀变速直线运动的研究 1.实验:探究小车速度随时间变化的规律 学习目标 1.掌握打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法; 2.了解如何从实验中获取数据,学会利用v-t图像处理、分析实验数据的方法; 3.知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。 情境导入 　　自然界中物体的运动通常是比较复杂的,放眼所见,物体的运动规律各不相同。如图所示,利用打点计时器打出的纸带来探索物体的运动所蕴含的规律。 图中打点计时器记录了小车运动的哪些信息?如何探究小车速度随时间的变化规律? 知识点一　实验原理和操作 　 1.实验原理。 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据,计算出各时刻的速度,再作出速度—时间的关系图像。 (1)某点的瞬时速度近似等于以它为中间时刻的一小段时间内的平均速度。 (2)若v-t图像为一倾斜直线,则物体做匀变速直线运动,图线的斜率表示加速度。 2.实验器材。 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 3.实验步骤。 (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长木板上没有滑轮的一端,连接好电路。 (2)把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边挂上钩码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在小车的后面。 (3)把小车停在靠近打点计时器处,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系列小点。 (4)换上新的纸带,重复实验两次。 (5)增减所挂槽码,按以上步骤再做两次实验。 •疑点辨析• (1)开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。(√) (2)先接通电源,等打点计时器工作稳定后再释放小车。(√) (3)牵引小车的槽码个数越多越好,加速度大些,实验误差小。(×) 　 【例1】　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学操作以下实验步骤,其中错误或遗漏的步骤有哪些? (遗漏步骤可编上序号F、G……) A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处放开纸带,再接通电源。 B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路。 C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的槽码。 D.取下纸带。 E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔。 (1)所列步骤中有错误的是__________________________________________________________。 (2)遗漏的步骤:__________________________________________________________。 (3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序:__________________。 答案　(1)A中应先通电,再释放纸带;D中取下纸带前应先断开电源 (2)F.换上新纸带,重复实验两次 (3)BECADF 实验步骤可简化为放置→固定→连接→先接后放,开始实验→重复实验→数据分析,同时还要注意几点:固定木板时定滑轮要伸出桌面,打点计时器固定于远离定滑轮的一端;开始实验时先接通电源,后释放小车。 【针对训练1】　关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,下列说法错误的是(　　) A.长木板不能一端高一端低 B.在释放小车前,小车应靠近打点计时器处 C.应先接通电源,待打点计时器开始打点后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 解析　本实验中,长木板一端高一端低对实验无影响,A项错误;其他选项的描述均是正确的。故选A。 答案　A 知识点二　数据处理和误差分析 　 1.数据处理。 (1)表格法。 ①从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始时一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,作为起始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4……测量各计数点到0点的距离x,并记录填入表中。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 距离x/m 速度v/(m·s-1) ②分别计算出相邻计数点之间的距离依次为x1,x2,x3,… ③利用vn=求得计数点1、2、3、4、…的瞬时速度,填入上面的表格中。 ④根据表格中的数据,分析速度随时间怎样变化。 (2)图像法。 ①在坐标纸上建立平面直角坐标系,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,不在线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏差比较大的点忽略不计,如图所示。 ③观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。 ④这条直线就是本次实验的v-t图像,它是一条倾斜的直线。 2.误差分析。 产生原因 减小方法 偶然 误差 根据纸带测量的位移有误差 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 尽量选用粗糙程度一致的木板 •疑点辨析• (1)从打出的几条纸带中挑点迹清晰的进行测量。(√) (2)每5个计时点(打点周期为T)选取1个计数点,则两相邻计数点间的时间间隔为5T。(√) (3)用图像法处理数据时,图像应尽量占满整个坐标纸。(√) 【例2】　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图甲所示为记录小车运动情况的一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。 (1)计算D、C、B各点的瞬时速度,vD=______m/s,vC=______m/s,vB=______m/s。 (2)在如图乙所示坐标系中作出小车的v-t图像,并根据图像求出a=____________(保留三位有效数字)。 解析　(1)某点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度表示 vD== m/s=3.90 m/s, vC== m/s=2.64 m/s, vB== m/s=1.38 m/s。 (2)描点作图,如图所示。 a== m/s2≈12.3 m/s2。 答案　(1)3.90　2.64　1.38 (2)图见解析　12.3 m/s2 　　(1)处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清计数点之间的时间间隔T。 (2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法,纸带上某点的瞬时速度等于以此点为中心的前、后相邻两点间的平均速度。 (3)标度的选择要结合数据及其分布特点,以使图像在坐标系中合理分布,大小适中。 【针对训练2】　如图甲是某同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时获得的一条纸带。 (1) 打点计时器的电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点,F点由于不清晰而未画出。试根据图中提供的数据,推算出对应F点的速度vF=__________m/s(保留两位有效数字)。 (2)图乙是该同学根据纸带上的数据,作出的v-t图像。根据图像可知,t=0时的速度v0=__________m/s,加速度a=__________m/s2。(结果均保留两位有效数字) 解析　(1)vF=,其中T=0.02 s,由题图甲可知xEG=2.8 cm,解得vF=0.70 m/s。 (2)v -t图像与纵轴的交点为t=0时的速度v0=0.20 m/s,加速度a== m/s2=5.0 m/s2。 答案　(1)0.70　(2)0.20　5.0 　 1.(多选)下列关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,正确的是(　　) A.在释放小车前,小车要紧靠打点计时器 B.打点计时器应安装在长木板有滑轮的一端 C.用平整的纸带能够有效减小摩擦阻力 D.为便于测量,应舍掉纸带开头一些过于密集的点 解析　为了在纸带上打更多的点,开始实验时小车应靠近打点计时器,但不能紧靠打点计时器,A项错误;打点计时器应固定在长木板上没有定滑轮的一端,B项错误;平整的纸带有助于减小摩擦阻力对实验的影响,C项正确;舍去纸带开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点,可以方便测量,减小实验误差,D项正确。 答案　CD 2.如图是某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中获得的一条纸带。 (1)由图中可读出A、B两点的间距x=__________cm。 (2)A、B、C、D是纸带上四个计数点,已知打点计时器电源的频率为50 Hz,每两个相邻计数点间还有四个点没有画出,则相邻计数点之间的时间间隔为________s; C点对应的速度大小为________m/s,物体运动的加速度大小为________m/s2。(结果均保留两位有效数字) 解析　(1)由题图可知x=xB-xA=1.72 cm-1.02 cm=0.70 cm。 (2)相邻两计数点之间的时间间隔T=5×=0.10 s,C点对应的速度vC== m/s=0.10 m/s,B点对应的速度vB== m/s=0.08 m/s,根据加速度的定义可得物体运动的加速度a== m/s2=0.20 m/s2。 答案　(1)0.70　(2)0.10　0.10　 0.20 学科网（北京）股份有限公司 $$