第2章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律（课件PPT）-【优化指导】2026-2027学年高中物理必修第一册（人教版2019）

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 第二章 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.熟练使用打点计时器，并求出各点的瞬时速度。 2．描绘并利用v-t图像处理实验数据，找出物体速度变化的规律。 1.学会利用图像处理实验数据的科学方法。 1.使用打点计时器测物体的运动速度。 通过实验探究培养实事求是的科学态度。 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 3．借助计算机数表软件绘制v-t图像，得到物体速度随时间变化的规律。 2．经历探究小车速度随时间变化规律的过程，体会研究直线运动的一般思路。 2．通过实验，提升实验设计、处理信息、做出解释等科学探究方面的能力。 通过实验探究培养实事求是的科学态度。 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 一、实验思路 1．实验目的：研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律。 (2)测量的物理量：小车的瞬时速度，小车的运动时间。 (3)选用器材：打点计时器(带导线)、____________、纸带、一端附有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、______、复写纸、坐标纸。 低压交流电源 刻度尺 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 二、进行实验 1．把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长铝板没有滑轮的一端，连接好电路。 2．把小车放在铝板上，小车的一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。 3．把小车停在____打点计时器的位置，先________，后________，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。 靠近 接通电源 释放小车 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 4．增减所挂槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。 注意：牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无太大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在60 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 三、数据记录与分析 1．数据记录 (1)纸带的选取原则：从3条纸带中选取点迹清晰的一条纸带， 舍去前面密集的点，找一个适当的点作为计时起点。 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 计数点序号 1 2 3 4 5 … 计数点的时刻(s) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 … 计数点的速度(cm/s)           … (2)根据测量的位移和时间填表计算速度。 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 2．数据处理 (1)以速度v为__轴，时间t为__轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点。 (2)选择单位长度时，要能充分利用坐标纸，使图线尽量充满整个坐标纸。 纵 横 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 1．(物理与实验)某同学即将释放小车前的实验装置图如图所示，针对此图中可能存在的问题，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)定滑轮位置不能过高，应保证细绳与长铝板平行。 (　 　　) (2)小车释放前，应紧靠打点计时器。(　 　　) (3)实验时，接通电源、释放小车的顺序，可以不分先后。(　 　　) (4)打点计时器的两限位孔连线应处在长铝板的中央位置。(　 　　) (5)电磁打点计时器的工作电源为低压交流电源。(　 　　) × √ √ √ √ 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 2．(教材点拨)“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，明确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。 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [例1] 某探究小组的同学利用如图甲所示的装置“探究小车速度随时间变化的规律”，图乙是某次实验获取的一段纸带。请回答以下问题： 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)除了图甲中标出的器材外，还需要______。 A．弹簧测力计 B．刻度尺 C．天平 D．秒表 (2)本次实验选择的打点计时器是图________(填“丙”或“丁”)中的计时器，该计时器的工作电压是________(填“直流电”或“交流电”)。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (3)根据图乙中记录的实验数据，可以推算出此次实验所用的刻度尺是________。 A．毫米刻度尺 B．厘米刻度尺 答案：(1)B　(2)丁　交流电　(3)A 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)需要测量小车的位移及速度，打点计时器可测量时间，只需要测量位移，所以仅需要刻度尺，A、C、D错误，B正确。 (2)题图甲信息给出了本次实验用的是电火花计时器，因此打点计时器是题图丁电火花计时器；电火花计时器的工作电压是220 V的交流电。 (3)根据题图乙中的数据，可知刻度尺的精确度是毫米，因此刻度尺是毫米刻度尺，A正确。 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [例2] 某同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)图中仪器A叫作________计时器，使用220 V________(填“交流”或“直流”)电源，释放小车前，小车应停在________(填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。 (2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤： A．松开纸带让物体带着纸带运动 B．穿好纸带 C．把计时器固定好 D．接通电源，进行打点 以上步骤的正确顺序是________。 答案：(1)电火花　交流　靠近　(2)CBDA 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [练1] 在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中： (1)(多选)下列操作正确的是________。 A．在释放小车前，小车应该靠近打点计时器 B．打点计时器应该安装在长木板有滑轮的这一端 C．应该先接通电源，后释放小车 D．电火花计时器应该使用220 V直流电源 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (2)如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，四条纸带a、b间的距离相同，则a、b段纸带运动的平均速度最小的是________。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (3)某同学用如图甲所示的装置，打出的一条纸带如图乙所示，其中A、B、C、D、E为计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。 ①实验时该纸带的________(填“左”或“右”)端是和小车相连的； ②打点计时器打下B、C两点时小车的瞬时速度大小分别为________m/s、________m/s; ③由纸带上所示数据可算得小车运动的加速度大小为________m/s2。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [例3] 某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个测量点。其相邻点间的距离如图甲所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.1 s，完成下面问题。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)根据纸带上各个测量点间的距离，该同学已将1、2、3、5点对应时刻的瞬时速度进行计算并填入表中，请你将4点对应时刻的瞬时速度填入表中(保留3位有效数字)。 瞬时速度 v1 v2 v3 v4 v5 数值(m·s-1) 0.165 0.214 0.263 ____ 0.363 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (2)在图乙中所示的直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 (3)由图像求出小车的加速度a＝______m/s2。 答案：(1)0.314　(2)见解析图　(3)0.5 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [练2] 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz，如图甲所示是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点间还有四个点未画出。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)根据运动学有关公式可求得vB＝16.50 cm/s，vC＝________cm/s，vD＝26.30 cm/s。 (2)利用求得的数值在图乙所示的坐标系中作出小车的v-t图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2(保留2位有效数字)。 (3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标是________cm/s，此速度的物理意义是__________________________________________ ____________________________________________________________。 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 答案：(1)21.40　(2)见解析图　0.50(0.48～0.52均对)　(3)11.60(11.30～11.70均对)　打点计时器打下计时点A时对应的小车的速度 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [练3] (创新情境)如图甲所示，用打点计时器记录小车的运动情况。小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动。所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位：cm)如图乙所示，纸带上相邻两点间对应的时间间隔为0.02 s。用作图法(v-t图像)求出开始小车在玻璃板上的运动速度。 答案：0.85 m/s 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 [练4] 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图甲所示。实验时，保持桌面水平，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，图乙记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)由图乙可知，小车在桌面上是________运动的。 A．从右向左 B．从左向右 (2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为__________m/s(保留2位有效数字)。 答案：(1)A　(2)0.19 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 1．如图所示是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 (1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________s。 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s＝________m，A、B两点间的时间间隔为________s；C点对应的速度是________m/s(保留3位有效数字)，加速度为________m/s2(保留3位有效数字)。 答案：(1)0.02　(2)0.007 0　0.1　0.100　0.200 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为T0＝＝ s＝0.02 s。 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 2．某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列好的位置关系如图所示。已知该照相机的连拍频率是每秒10片，照片与实物的比例为1∶10。为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究。请根据图中数据回答下列问题： 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)该照相机连拍时，其拍摄周期为T＝________s。 (2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2＝________m/s，赛车在第五个位置的速度v5＝________m/s。 (3)该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度a＝________m/s2。 答案：(1)0.1　(2)2.6　3.2　(3)2.0 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 3．(2023·浙江1月选考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图甲所示。 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)(多选)需要的实验操作有________。 A．调节滑轮使细线与轨道平行 B．倾斜轨道以补偿阻力 C．小车靠近打点计时器静止释放 D．先接通电源再释放小车 (2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图乙所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为______cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为______m/s(保留3位有效数字)。 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 答案：(1)ACD　(2)2.75　1.46 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 4．某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的加速度。实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开。图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm。试问： 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的______的原理类似。 (2)由纸带数据计算可得点4所代表时刻的瞬时速度v4＝______m/s，小车的加速度a＝______m/s2。(均保留2位有效数字) 答案：(1)打点计时器　(2)0.20　0.19 素养训练 学业评价 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 解 析 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 课时梯级训练(5) 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 谢谢观看 返回导航 高中物理 必修 第一册 R　 探究点一___实验思路 探究点二___进行实验 (1)题图中仪器A叫作电火花计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器。 (2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把打点计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA。 答案：(1)AC　(2)D　(3)①左　②0.26　0.30　 ③0.40 (1)在释放小车前，小车要靠近打点计时器，这样在纸带上打下的点才较多，A正确；打点计时器应放在长木板没有滑轮的一端，B错误；应先接通电源，后释放小车，C正确；电火花计时器应使用220 V的家用交流电源，D错误。 (2)根据平均速度公式＝，四条纸带的a、b间的间距相等，则所用时间最多的纸带，a、b间的平均速度最小，而点迹越多的纸带所用时间越多，A、B、C错误，D正确。 (3)①由于小车做加速运动，则靠近小车的一端点迹分布较密，所以实验时纸带的左端是和小车相连的。 ②打点计时器打下C点时小车的速度大小为vC＝＝ m/s＝0.30 m/s，同理，vB＝0.26 m/s。 ③由纸带所示数据可算出小车的加速度大小为a＝＝0.40 m/s2。 探究点三___数据处理 (1)4点对应的瞬时速度为 v4＝ m/s≈0.314 m/s。 (2)描点作图。 (3)根据图像得a＝ m/s2＝0.5 m/s2。 (1)由于相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，则vC＝＝ cm/s＝21.40 cm/s。 (2)根据描点法作图，图像如图所示，由图可知加速度a＝0.50 m/s2。 (3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标约是11.60 cm/s；此速度的物理意义是打点计时器打下计时点A时对应的小车的速度。 探究点四___解决实际问题 设对应点1、2、3、4、5的瞬时速度分别为v1、v2、v3、v4、v5，则有 v1＝ cm/s＝75 cm/s＝0.75 m/s v2＝ cm/s＝65 cm/s＝0.65 m/s v3＝ cm/s＝55 cm/s＝0.55 m/s v4＝ cm/s＝45 cm/s＝0.45 m/s v5＝ cm/s＝35 cm/s＝0.35 m/s 以速度为纵坐标，以时间为横坐标建立直角坐标系，用描点法作出小车在薄布上做减速运动时的vt图像。将图线延长，使其与纵轴相交，如图所示。由图像可知，小车做减速运动的初速度为0.85 m/s，即为开始小车在玻璃板上的运动速度。 (1)小车运动过程中减速，相同时间内位移逐渐减小，由题图乙判断小车从右向左运动，A正确，B错误。 (2)滴水计时器每30 s滴落46个小水滴，则两水滴之间的时间间隔为T＝ s，由中间时刻的瞬时速度等于平均速度，可解得A点的瞬时速度大小为vA＝＝×10-3 m/s≈0.19 m/s。 (2)从题图中读出A、B两点间距s＝0.70 cm＝0.007 0 m，纸带上每两个相邻计数点间有四个点没有画出，则A、B两点间的时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s；由中间时刻的瞬时速度等于平均速度，可得C点对应的速度是vC＝＝＝×10-2 m/s＝0.100 m/s，由Δx＝aT2可知加速度a＝＝×10-2 m/s2＝0.200 m/s2。 (1)每秒拍10张照片，则拍摄周期T＝ s＝0.1 s。 (2)设题图中前两段的位移为x1，最后两段的位移为x2，玩具赛车在第二个位置的速度为v2＝＝ m/s＝2.6 m/s 玩具赛车在第五个位置的速度为v5＝＝ m/s＝3.2 m/s。 (3)a＝＝2.0 m/s2。 (1)实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道补偿阻力，B错误；为了充分利用纸带，则小车靠近打点计时器静止释放，C正确；先接通电源再释放小车，D正确。 (2)计数点1的读数为2.75 cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打点周期T＝0.02 s，则打计数点2时小车的速度大小为 v2＝＝ m/s≈1.46 m/s。 (1)由题知滴水计时器的原理与打点计时器的原理类似。 (2)可把小车的运动看作是匀变速直线运动，则v4＝＝＝ m/s≈0.20 m/s；由逐差法可得小车的加速度a＝≈0.19 m/s2。 $$