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必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，涵盖打点计时器使用、瞬时速度计算、v-t图像绘制及加速度求解等核心内容，通过实验目的、原理、器材到数据处理的递进设计，搭建从操作技能到规律探究的学习支架，衔接前期计时工具知识，引导学生逐步掌握实验方法。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过典例分析（如2019全国Ⅰ卷真题）强化逐差法、图像法等科学推理，结合详细数据处理步骤与注意事项培养严谨科学态度。采用“实验操作-数据处理-规律分析”教学流程，学生能提升实验能力与思维素养，教师可借助系统内容高效开展教学。

2.1实验专题:探究小车速度随时间变化的规律 高中物理：必修第一册 授课教师：W CONTENTS 目 录 O1 O2 要点突破 O3 O4 课后提升 教学重点 教学难点 教学过程 NO.1 教学目标 教学 重点 教学 难点 打点计时器的使用、瞬时速度的计算、逐差法和图像法求解加速度。 ⁠ 一、实验目的 1.巩固打点计时器的使用及利用纸带求瞬时速度。 2.学会用实验探究小车速度随时间变化的规律,并用v-t图像处理实验数据。 二、实验原理 　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,说明小车的速度随时间是均匀变化的。 三、实验器材 　打点计时器、交流电源(频率为50 Hz)、纸带、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 实验过程 四、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,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,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的位置,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。 五、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,找一个适当的点作为计时起点(0点),每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点并测量各计数点到0点的距离X1,X2,X3,…填入表中,再算出相邻计数点之间的距离x1,x2,x3,… 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 X/m x/m v1/(m·s-1) v2/(m·s-1) v3/(m·s-1) … (2)利用vn＝计算各计数点1,2,3,4,5的瞬时速度,填入表格中标有“v1”的一行。 (3)同理,计算增减槽码后两次实验时小车的速度,分别填入表格中标有“v2”和“v3”的两行。 2.作出v-t图像分析运动规律 (1)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,偏差比较大的点忽略不计,如图所示。 (3)观察所得到的直线,分析小车的速度随时间变化的规律。 (4)根据v-t图像求出小车运动的加速度a＝。 六、注意事项 1.释放小车前应使小车靠近打点计时器。 2.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。 3.打点完毕,立即关闭电源。 4.测量各段距离时应尽可能地一次测量完毕。 5.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像尽量有效利用坐标纸的面积。 ⁠ 【典例1】某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中，必要的措施是________(填选项前的字母)。 A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源，再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 AB 典例分析 ⁠ (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图3所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm ，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm，则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果均保留2位有效数字) 0.80　 0.40 ⁠ 【典例2】 (2019·全国Ⅰ卷，22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图4所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点。在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字)。 A　0.233　0.75 典例分析 ⁠ C点的速度大小 解析　物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故最先打出的是A点。 两个相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1 s， 由图知xAB＝1.20 cm xBC＝xAC－xAB＝1.95 cm ⁠ xCD＝xAD－xAC＝2.70 cm xDE＝xAE－xAD＝3.45 cm 代入数值解得物块下滑的加速度大小a＝0.75 m/s2。 答案　A　0.233　0.75 ⁠ 【典例3】某同学用如图甲所示的装置探究小车做匀变速直线运动的规律，他采用电火花计时器进行实验。 (1)请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上(填编号)________。 ①电火花计时器　②天平　③4～6 V低压交流电源 ④细绳和纸带　⑤砝码、托盘和小车　⑥刻度尺　⑦秒表 ⑧一端带有定滑轮的长木板 ②③⑦ 典例分析 ⁠ (2)安装好实验装置后，先____________，再____________。纸带被打出一系列点，其中一段如图乙所示，可知纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连。 (3)如图乙所示的纸带上，A、B、C、D、E为纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，则vB＝________m/s，a＝________m/s2。(保留2位有效数字) (2)接通电源　释放小车　左 (3)0.26　0.40 ⁠ 1.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,从下列所给器材中选出本实验所必需的器材有 　　　　⁠;为能按实验要求达到实验目的,还缺少的器材有 　　　　⁠(写出一种即可)。  ①电磁打点计时器 ②天平 ③低压直流电源 ④细绳 ⑤纸带 ⑥小车 ⑦钩码 ⑧停表 ⑨一端带有滑轮的长木板 解析:在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,必需的器材有①④⑤⑥⑦⑨。为了得到小车的运动规律,还需要用刻度尺来测量计数点之间的距离,用来计算速度和加速度;电磁打点计时器工作时需要低压交流电源。 答案:①④⑤⑥⑦⑨　低压交流电源(或刻度尺) 课后巩固 2.一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速相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,位置1恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻。相机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从位置1到位置6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最接近 　　　　⁠ m/s,v4＝0.18 m/s,v5最接近 　　　　⁠ m/s。在图乙中作出小球的速度—时间图线。(保留描点痕迹)  0.12　0.24 3.用电磁打点计时器、平板(光滑)、小车等器材探究小车速度随时间变化的规律,如图所示是某同学即将释放小车之前的实验装置图。该装置图中有3处明显错误,它们分别是: (1) 　　　　　　　　　　 ⁠;  (2) 　　　　　　　　　 　 ⁠;  (3) 　　　　　　　　　　 　⁠。  细线与平板不平行　 打点计时器接的是直流电源 释放小车前,小车离打点计时器的距离太远 4.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点周期为0.02 s的打点计时器打出的记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点,相邻两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺,零刻度线跟“0”计数点对齐。由图可以读出三个计数点1、3、5到0点的距离d1、d3、d5。 (1)d1＝1.20 cm,d3＝ 　　　⁠ cm,d5＝ 　　　⁠ cm;  解析:(1)由毫米刻度尺的刻度可知d3＝5.40 cm,d5＝12.00 cm。 答案:(1)5.40　12.00　 (2)计算小车通过计数点“2”的瞬时速度大小v2＝ 　　　　⁠ m/s;(结果保留两位有效数字)  解析:(2)小车通过计数点“2”的瞬时速度可用计数点“1”“3”间的平均速度表示,则v2＝＝0.21 m/s。 答案:(2)0.21　 (3)小车的加速度大小a＝ 　　　　⁠ m/s2。(结果保留两位有效数字)  解析:(3)小车通过计数点“4”的瞬时速度v4＝＝0.33 m/s,则小车加速度大小a＝＝＝0.60 m/s2。 答案:(3)0.60 5.同学们利用如图1所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验。请你完成下列有关问题: (1)实验室提供如图2甲、乙两种打点计时器,某实验小组决定使用电火花计时器,则应选用图中的 　　　　⁠(选填“甲”或“乙”)计时器。  解析:(1)电火花计时器不用复写纸,题图2乙中的打点计时器是电火花计时器,题图2甲中的打点计时器是电磁打点计时器。 答案:(1)乙　 (2)另一实验小组使用的是电磁打点计时器,图3中,接线正确的是 　　　　⁠(选填“甲”或“乙”)。  解析:(2)电磁打点计时器是使用交变电源的计时仪器,工作电压为8 V,所以接线正确的是题图3乙。 答案:(2)乙　 (3)如图甲所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点),相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s,由此计算各点的瞬时速度。 则vD＝3.90 m/s,vC＝ 　　　　⁠m/s,vB＝1.38 m/s,在如图乙所示坐标系中画出小车的v-t图线,并根据图线求出加速度a＝ 　　　　⁠。又将图线延长与纵轴相交,交点的速度的物理意义: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⁠。  2.64 12.6 m/s2 零时刻小车经过A点的速度 解析:(3)C点的瞬时速度等于BD段的平均速度,打C点时小车的瞬时速度 vC＝ m/s＝2.64 m/s 作出小车的v-t图像如图所示, 由图线斜率可求得小车的加速度为a＝＝ m/s2＝12.6 m/s2 将图线延长与纵轴相交,交点意义是零时刻小车经过A点的速度。 答案:(3)2.64　见解析图 12.6 m/s2　零时刻小车经过A点的速度 6.用电磁打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中,打点计时器的工作频率为50 Hz,如图所示的是一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点,相邻计数点间还有四个点未画出。 (1)在实验中,使用打点计时器操作步骤应先 　　　　　⁠再 　　　　　⁠(选填“释放纸带”或“接通电源”);  接通电源 释放纸带 (2)根据运动学有关公式可求得 vB＝0.165 m/s,vC＝ 　　　⁠ m/s,vD＝0.263 m/s;  解析:(2)打C点时小车的瞬时速度等于打B、D两点间小车的平均速度,即 vC＝＝＝0.214 m/s。 答案:(2)0.214　 (3)利用求得的数值在如图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;(结果保留2位有效数字 解析:(3)由题意可知0.1 s、0.2 s、0.3 s时刻分别对应vB、vC、vD,描点后作出一条直线使三点尽可能都在直线上或均匀分布在靠近直线的位置,图线如图所示。 v-t图线的斜率表示加速度,则小车运动的加速度为 a＝≈0.52 m/s2。 答案:(3)见解析图　0.52(0.50~0.54范围内均给分) 7.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,纸带上相邻两点间时间间隔为0.02 s。 (1)计算打点计时器打出点2、3时小车的速度大小并填入表中。 序号 1 2 3 4 5 速度 vn/(m·s-1) 0.75  　　 ⁠ 0.45 0.35 0.65 0.55 (2)在平面直角坐标系中作出小车在薄布面上运动的v-t图像,并计算小车做减速运动的加速度大小。 解析:(2)图见解析。加速度大小为a＝＝ m/s2＝5.0 m/s2。 (3)求出小车在玻璃板上运动的速度大小。 解析:(3)由图像可知,小车做减速运动的初速度大小为0.85 m/s,即小车在玻璃板上运动的速度大小为0.85 m/s。 1.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，而使各段位移差别不大，误差增大。 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. 要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。 6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点,即时间间隔为t=0.02×5 s=0.1 s。 7.不要逐次测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕。 8.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较大的坐标平面内。 作业布置： 课堂总结 根据v＝＝得 vC＝＝ m/s≈0.233 m/s 由逐差法可得a＝ $