2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

人教版（2019）物理（必修第一册） 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 【课标要求】 1. 掌握实验原理及步骤，会处理实验数据，知道实验应注意的事项． 2. 能分析实验数据，发现总结小车的运动规律，形成结论，能根据v-t图像描述小车的运动规律． 3. 能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思． 【学习目标】 1. 巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法． 2. 通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法． 3. 知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律． 【学习重难点】 重点：理解匀变速直线运动v-t图像的物理意义． 难点：匀变速直线运动v-t图像的理解及应用． 课本导练 　 1. 我们之前已经使用过打点计时器，那你是否还记得打点计时器的操作方法和注意事项？ 2. 纸带的瞬时速度要基于哪个公式？ 3. 通过预习你认为应如何设计此实验？需要测量哪些物理量？选用什么器材？请你把自己研究的方案写出来． 4. 关于研究小车的速度随时间变化规律，你是否有其他的实验设计思路？大胆尝试一下． 展示讨论 某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，选出了如图所示的一条纸带（每两点间还有4个点没有画出来），纸带上方的数字为相邻两个计数点间的距离．打点计时器的电源频率为50Hz． 小组讨论实验数据规律，如何处理实验数据，并得到小车运动的规律． 点评点拨 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图像表示小车的运动情况：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 打点计时器（带导线）、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸． 三、实验步骤 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．木板上放一个可以左右移动的小车，小车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． 2. 把小车停在靠近打点计时器的位置．先启动打点计时器，后放开小车，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． 3. 换上新纸带，并增减所挂槽码（或在小车上放置重物）重复操作两次． 四、数据记录 1. 采集数据 舍掉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．可选择相隔0.1 s（或更短）的若干计数点进行测量． 如图所示，先测量出各个计数点到计时起点的距离x1、x2、x3、x4、x5、…，再计算出相邻的两个计数点间的距离Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己设计的表中． 2. 求各计数点的瞬时速度 （1）设T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点（即中间隔4个点），则T＝_____ s，各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝_______，v2＝_______，…． （2）设计表格并记录相关数据 位置编号 0 1 2 3 4 5 … 时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ... v1/(m·s-1) v2/(m·s-1) v3/(m·s-1) … 五、数据分析 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_________，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点_________，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. 根据所画v-t 图像求出小车运动的加速度． 六、注意事项 1._________________________________________________________ 2._________________________________________________________ 3._________________________________________________________ 4._________________________________________________________ 5._________________________________________________________ 6._________________________________________________________ 例1． 如图，在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，电源的频率为50Hz．实验主要器材有：电磁打点计时器、低压交流电源、细绳、纸带、钩码、纸带、电源、小车、一端有滑轮的长木板、刻度尺． 某同学按照以下步骤进行操作： A．将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端， 接上电源； B．把一条细绳拴在小车前端，细绳跨过滑轮挂上钩码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器的限位孔； C．把小车停在靠近打点计时器的地方，先放开小车，再启动打点计时器； D．断开电源，取下纸带； E．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带． （1）以上步骤有错误的是________（填步骤前的字母），应更正为_______________． （2）该同学选出了一条清晰的纸带，并根据纸带上的点，标出了如图所示的计数点，其中两相邻计数点间还有4个点未画出，已测得各相邻计数点之间的距离分别为x1=7.05cm，x2=7.68cm，x3=8.33cm，x4=8.95cm，x5=9.61cm， x6=10.26cm ．根据实验数据，求出打C点时小车的速度大小为________m/s；小车的加速度大小为________m/s2．（计算结果均保留2位有效数字） （3）打点计时器原来工作电压的频率为50Hz，如果用它来测定匀变速直线运动的加速度时，实验者不知工作电压的频率已变为60Hz，这样计算出的加速度的值与真实值相比________（选填“偏大”“偏小”“不变”）． 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 1. 为了减小测量小车运动加速度的相对误差，可以适当增加挂在细绳下的槽码的个数．（ ） 2. 启动打点计时器前，小车应放在远离打点计时器的一端．（ ） 3. 通过调节，使小车、纸带、细绳和定滑轮在一条直线上并使细绳和木板平面平行．（ ） 4. 槽码的质量越大越好．（ ） 【参考答案】 四、数据记录 0.1 五、数据分析 尽可能多的点 忽略不计 六、注意事项 1. 开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器． 2. 先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车． 3. 打点完毕，立即关闭电源． 4. 选取一条点迹清晰的纸带 ，舍掉开头点迹密集部分 ，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之间的距离）． 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 图像大致布满坐标纸． 例（1）C；先启动打点计时器，再放开小车；（2）0.80；0.64；（3）偏小 二、课堂小测 1、√ 2、× 3、√ 4、× 学科网（北京）股份有限公司 $$