2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 必修第一册&第二章 匀变速直线运动的研究 授课教师：YANG 分类 电磁打点计时器 电火花打点计时器 电 源 工作电压 工作频率 打点周期 记录信息 交流电 交流电 8V 220V 50Hz 0.02s 时间、位移 打点计时器是一种计时的仪器 知识回顾 1. 探究小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。 2. 进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。 3. 学会用v-t图像处理实验数据。 一、实验目的 实验目的 实验原理 1. 利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为 取一小段位移， 用这段位移的平均速度表示这点的 ⁠。 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 ⁠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 变化的。 中间时刻　 瞬时速度　 斜率　 均匀　 二、实验原理 　 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、 、坐标纸。 刻度尺　 实验器材 三、实验器材 实验步骤 1. 如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，下边挂上合适的槽码，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后面。 四、实验步骤 3. 把小车停在 打点计时器处，先 ，后 ⁠ ，让小车拖着纸带运动，于是打点计时器就在纸带上打下一行小点。 随后，立即关闭电源。 4. 增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带，再做两次实验。 靠近　 启动计时器　 释放小 车　 四、实验步骤 四、实验步骤 1. 瞬时速度的计算 时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即vn＝。 五、数据分析 2. 作出小车的v-t图像 （1）定标度 （2）描点 （3）连线 3. 实验结论：如果画出的v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化（加速度a不变）的直线运动。 匀变速直线运动 注意事项 1. 开始放开小车时，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，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。 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。 六、注意事项 误差分析 1. 木板的粗糙程度不同，致使摩擦不均匀带来误差。 2. 由于纸带测量的位移存在误差，从而使计算出的瞬时速度存在误差。 3. 作图不准带来的误差。 七、误差分析 系统误差：通常是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的；——实验本身 偶然误差：其产生的原因是分析过程中种种不稳定随机因素的影响，如读数、测量不准确等。——人为影响； 类型一｜教材原型实验 【例1】　在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中： （1）已知打点计时器的电源频率为50 Hz，则纸带上相邻两点的时间间隔 为 s。 0.02 解析：电源频率f＝50 Hz，则纸带上相邻两点的时间间隔为T＝＝0.02 s。 课堂练习 I. 细绳和纸带 选出的器材有AFHI，还需要 。（填字母序号） CE （2）从下列选项中选出需要的器材： A. 电磁打点计时器　B. 天平 C. 低压交流电源 D. 低压直流电源 E. 刻度尺 F. 钩码和小车 G. 秒表 H. 一端有滑轮的长木板 解析：打点计时器使用的是交流电源，电磁打点计时器的工作电压约为8 V，同时打点计时器记录了小车运动的时间，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、E。 课堂练习 （3）某同学按照以下步骤进行操作： a.换上纸带重复实验，选择一条较为理想的纸带； b.将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源； c.把小车停在靠近打点计时器的地方，先释放小车，再接通电源； d.断开电源，取下纸带； e.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。 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）。 c 先接通电源， 再释放小车 becda 解析：步骤有错误的是c，应先接通电源，再释放小车。根据先组装器材再 进行实验最后进行数据处理的顺序可知，操作步骤合理的顺序为becda。 课堂练习 【例2】　（2025·江西抚州南城一中高一月考）某同学用如图甲所示的装 置探究小车速度随时间变化的规律，得到一条纸带如图乙所示，并在其上 取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个 点没有画出。 课堂练习 （1）实验过程中，下列做法正确的是 ⁠。 A. 先释放小车，再接通电源 B. 先接通电源，再释放小车 C. 释放小车前将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D. 释放小车前将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 BD 课堂练习 解析：先释放小车，再接通电源，这样在纸带会记录很少的数据，计算会产生较大的误差，A错误；先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，这样纸带会得到充分利用，纸带上会记录更多的数据，计算时会产生较小的误差，B正确；释放小车前将接好纸带的小车停在靠近滑轮处，这样释放小车后，小车会运动很小的距离，纸带上会打出很少的计数点，计算会产生较大的误差，C错误；释放小车前将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，纸带上会记录更多的数据，计算时会产生较小的误差，D正确。 课堂练习 （2）经过测量并计算得到打下B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度， 如表所示： 对应点 B C D E F 速度/（m·s－1） 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 课堂练习 （3）根据（2）中得到的数据，以打下A点时对应的时刻为t＝0时刻，在丙 图所示坐标系中作出v-t图像，利用该图像求得小车的加速度a ＝ m/s2。（结果保留两位有效数字） 0.40 解析：由v-t图像的斜率表示加速度可得， 小车的加速度为 a＝＝ m/s2≈0.40 m/s2。 课堂练习 （4）若该同学处理数据时每隔3个点取一个计数点，但计算速度时却把相 邻计数点时间间隔用0.1秒代入计算，则因此算出的速度数值与真实的速 度数值相比 （选填“偏大”或“偏小”）。求得的加速度a数值 与真实的加速度数值相比 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）。 偏小 偏小 解析：若该同学处理数据时每隔3个点取一个计数点，可知相邻两计数点间 的时间间隔是0.08 s，但计算速度时却把相邻计数点时间间隔用0.1秒代入 计算，由v＝可知，算出的速度数值与真实的速度数值相比偏小。 由a＝计算加速度，由于时间变大，则求得的加速度a数值与真实的加速 度数值相比偏小。 课堂练习 类型二｜拓展与创新实验 【例3】　（2025·山东德州一中高一期中）光电计时器是一种常用的计时 仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当 有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出滑块的挡光时间。现有 某滑块在斜面上滑行，先后通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别 为t1＝5×10－2 s、t2＝3×10－2 s，从光电门1到光电门2所经历的总时间Δt＝ 0.15 s，用分度值为1 mm的刻度尺测量滑块的长度d，示数如图乙所示。回 答下列问题（结果均保留两位小数）： 课堂练习 （1）滑块的长度d为多少？ 答案：4.45 cm 解析：由题图乙可知 d＝8.45 cm－4.00 cm＝4.45 cm。 （2）求滑块通过光电门1和2的速度v1、v2的大小； 答案：0.89 m/s　1.48 m/s 解析：滑块通过光电门1和2的速度大小分别为 v1＝＝0.89 m/s，v2＝≈1.48 m/s。 课堂练习 （3）求滑块的加速度大小。 答案：3.93 m/s2 解析：滑块的加速度 a＝＝ m/s2≈3.93 m/s2。 创新分析 　　利用光电计时器记录滑块通过光电门的时间，可以直接得到很小一段 位移内的运动时间，在计算瞬时速度时结果更加精确。 课堂练习 【例4】　（2025·重庆高一期中）某同学用如图甲装置研究小车在不同接 触面上的运动情况。该同学将小车以适当的初速度释放后，用打点计时器 记录小车的运动情况。通过反复实验得到一系列打上点的纸带，并最终选 择了如图乙所示的一条纸带（附有刻度尺）进行测量。（测量和计算结果 均保留小数点后两位） 课堂练习 （1）如表为A、B、C、…、J各点对应的刻度值，按照正确的读数方法填 写E点对应的刻度值（单位：cm）。 A B C D E 13.20 11.38 9.60 7.80 ⁠ F G H I J 4.40 3.00 1.80 0.80 0.00 解析：根据读数规则，E点的读数为6.00 cm。 6.00 课堂练习 （2）已知打点的时间间隔为0.02 s，根据以上数据，在纸带上打C点时小 车的速度大小vC＝ m/s。 解析：vC＝≈0.90 m/s。 （3）对纸带E、J两点间小车的运动作出v-t图像，根据图像可知小车的速 度变化情况为 ⁠， 并求出它的加速度大小为 m/s2。 0.90 答案：图像见解析 均匀减小 5.00 课堂练习 解析：分别求出打F、G、H、I点时对应的速度 vF＝＝0.75 m/s， vG＝＝0.65 m/s， vH＝＝0.55 m/s， vI＝＝0.45 m/s， 课堂练习 若F、G、H、I对应时间分别为0.02 s，0.04 s， 0.06 s，0.08 s。建立关于v、t的坐标系，将F、G、 H、I对应速度与时间在坐标系中描点，并过这些点 作v-t图像，如图所示，从而判断小车的速度在均匀 减小，由图线的斜率得到加速度的大小为5.00 m/s2。 课堂练习 $