1 第2章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第一册教用课件(人教版)

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，系统梳理实验目的、原理、器材及步骤，通过典例讲解与巩固练习，构建“基础梳理-问题探究-应用巩固”的学习支架，帮助学生衔接打点计时器使用与匀变速直线运动规律的知识脉络。 其亮点在于以科学思维为核心，通过纸带数据处理（如v_n=(x_n+x_{n+1})/2T）和v-t图像分析培养模型建构与科学推理能力，结合误差分析与注意事项深化科学探究素养。创新题型引入光电门实验拓展探究视角，学生能提升实验操作与数据处理能力，教师可直接用于探究式教学，提高课堂效率。

第二章　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 1 课前知识梳理 1 典例分类讲解 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 3 一、实验目的 1．进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。 2．探究小车速度随时间变化的规律。 3．会用图像法处理实验数据。 返回导航 返回导航 三、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、导线、纸带、带滑轮的长木板、小车、槽码、细绳、复写纸片(电火花计时器选用墨粉纸盘)、刻度尺。 返回导航 四、实验步骤 1．如图所示，把一端带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。 返回导航 2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上槽码，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的位置。启动计时器，然后放开小车，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。 4．换上新的纸带，重复实验两次。 5．增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，按以上步骤再做两次实验。 返回导航 五、数据处理 1．纸带的选取与测量 (1)选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个合适的点作为计时起点。 (2)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)。 返回导航 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 v1/(m·s－1)               v2/(m·s－1)               返回导航 返回导航 六、误差分析 1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。 2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。 3．作v－t图像时单位选择不合适或作图不准确带来误差。 返回导航 七、注意事项 1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。 3．打点完毕，立即断开电源。 4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点迹密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。 5．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。 返回导航 典例分类讲解 PART 02 第二部分 14 题型一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意问题 用打点计时器、水平木板、小车等器材做研究匀变速直线运动的实验。 返回导航 (1)穿入打点计时器限位孔的纸带，正确的是图________(选填“甲”或“乙”)。 [解析]　穿入打点计时器限位孔的纸带，对于电火花计时器，应该墨粉纸盘在上，纸带在下，对于电磁打点计时器，应该复写纸在上，纸带在下，故正确的是题图甲。 甲 返回导航 (2)图丙所示的是学生即将释放小车之前的装置图及操作，下列操作错误的是________。 A．细线与木板不平行 B．打点计时器接的是直流电源 C．小车释放的位置离计时器较远 D．无论什么计时器，使用时均要先接通电源，后释放纸带 [解析]　为给小车提供一个恒定的拉力，细线应与木板平行，故A错误；打点计时器应使用交流电源，故B错误；小车释放前应靠近打点计时器，故C错误；无论什么计时器，使用时均要先接通电源，后释放纸带，故D正确。 ABC 返回导航 角度2　利用速度图像求加速度 某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图甲所示。 返回导航 (1)实验室使用的打点计时器使用的都是________(选填“直流”或“交流”)电源，当电源频率为50 Hz时，每隔________s打一个点。 交流　 0.02 返回导航 (2)关于本实验，下列说法正确的是________。 A．释放纸带的同时，接通电源 B．先接通电源打点，后释放纸带运动 C．先释放纸带运动，后接通电源打点 D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小 [解析]　应先接通电源打点，待打点稳定后，再释放纸带运动，这样纸带可以得到充分利用，记录更多的数据，以减小实验误差，A、C错误，B正确；纸带上相邻两计数点间的时间间隔相同，纸带上的点迹越密集，说明在相同时间内纸带通过的距离越小，因此说明纸带运动的速度越小，D正确。 BD 返回导航 (3)要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是________。 [解析]　要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是刻度尺，刻度尺用来测量纸带上计数点间距离。 刻度尺 返回导航 (4)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上A、B、C、D、E、F和G，每相邻的两个计数点间还有四个打点计时器打下的点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。(以下结果均保留2位小数) ①每相邻两计数点的时间间隔为________s，打D点时小车的速度vD＝________cm/s。 0.10　 26.30 返回导航 ②分别算出其他各点的速度：vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，请在图丙所示的坐标系中作出小车运动的v－t图像(以打A点时开始计时)，并说明小车速度变化的规律 _________________________。   ③根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2。 ④将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________cm/s，此速度的物理意义是_____________________。 小车速度随时间均匀增大 0.50 12.00 打A点时小车的速度 [答案]　图见解析　 返回导航 返回导航 ②由vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vD＝26.30 cm/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，在坐标系中作出小车运动的v－t图像(以打A点时开始计时)如图所示。   由v－t图像可知，在误差允许的范围内，小车速度随时间均匀增大。 返回导航 返回导航 (5)实验完毕后，某同学发现实验时电源的实际频率小于50 Hz，那么速度的测量值比实际值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 偏大 返回导航 题型二　教材实验创新 (2025·甘肃武威市开学考)光电门是物理实验中用来测量时间的一种常用设备，如图1所示，S是光源，K是光接收器，当有不透明物体通过光电门时，物体会遮住光源，接收器K接收不到光信号，计时器便开始计时，当物体通过后，接收器K重新接收到光信号，计时结束，即可记录物体通过光电门所用的时间。如图2所示，某同学用光电门测量小车沿斜面向下运动的速度，小车上安装有遮光板，A、B是安装在斜面上不同位置的两个光电门。 返回导航 (1)若小车上的遮光板宽度为d，小车通过光电门时，计时器记录的时间为t，则小车通过光电门的速度v＝________。 返回导航 (2)若已知遮光板宽度d＝1 cm，让小车从斜面顶端以一定的初速度开始沿斜面向下运动，两光电门计时器记录的时间分别为tA＝0.01 s，tB＝0.004 s，则小车通过A、B两位置的速度分别为vA＝________m/s，vB＝________m/s。(结果均保留2位有效数字) 1.0 2.5 返回导航 (3)由实验可知，小车沿斜面向下做________(选填“匀速”“加速”或“减速”)运动。 [解析]　因为小车通过B光电门的速度大于通过A光电门的速度，说明小车下滑时速度越来越大，即小车沿斜面向下做加速运动。 加速 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 32 1．(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50 Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是________(选填“直流电”或“交流电”)，它们是每隔________s打一个点。 交流电 0.02 返回导航 (2)在“用打点计时器测速度”的实验中，除电磁打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有________(填选项代号)。 A.电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 AC 返回导航 解析：打点计时器要使用电压合适的50 Hz交流电源，A正确，B错误；刻度尺用来测纸带上计数点间的距离，C正确；打点计时器就是计时仪器，不需要秒表，D错误；实验是“探究小车速度随时间变化的规律”，因此不需要天平测小车和钩码的质量，E错误。 返回导航 (3)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．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 BD 返回导航 解析：先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，纸带会得到充分利用，纸带上会得到更多的数据，会减小实验误差，A错误，B正确；将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，小车会在长木板上运动更长的距离，纸带上会打出更多的计数点，从而得到更多的数据，C错误，D正确。 返回导航 2．在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中得到的一条纸带如图甲所示，(实验中打点计时器所接低压交流电源的频率为50 Hz)相邻两计数点间有4个打点计时器打下的点未画出，依照打点的先后顺序依次编号为A、B、C、D、E，都为计数点。测得sAB＝24.0 mm、sAC＝52.0 mm、sAD＝84.0 mm、sAE＝120.0 mm，则： 位置 B C D t/s 0.10 0.20 0.30 v/(m·s－1) 0.26   0.34 返回导航 (1)根据题中数据将表格填写完整。(C点的速度vC＝________m/s)(计算结果保留2位有效数字) 0.30 返回导航 (2)根据上述表格数据在图乙中描点作出v－t图像，并且根据图像计算加速度a＝__________m/s2。(计算结果保留2位有效数字) 0.40 答案：图见解析　 返回导航 返回导航 二、实验原理 1．瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替：vn＝。 2．根据v－t图像判断运动性质：用描点法可作出小车的v－t 图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。 3．加速度的计算：利用v－t图线的斜率求出小车的加速度。 2．瞬时速度的计算 (1)瞬时速度的求解方法：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＝。 (2)设计表格并记录相关数据。 3．描绘v－t图像 (1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点。 (2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v－t图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。 (3)由v－t图像求加速度：选直线上尽量远的两个坐标点，由a＝求出加速度大小。 [解析]　常见的打点计时器使用的都是交流电源；当电源频率为50 Hz时，每隔Δt＝＝ s＝0.02 s打一个点。 [解析]　①由题意可知，两计数点间的时间间隔T＝5×＝0.10 s，某计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度代替，可得打D点时小车的速度vD＝＝＝ cm/s＝26.30 cm/s。 ③根据图线可得小车运动的加速度a＝＝＝×10－2 m/s2≈0.50 m/s2。 ④将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是12.00 cm/s；此速度的物理意义是打A点时小车的速度。 [解析]　实验时电源的实际频率小于50 Hz，则有Δt＝>0.02 s，即打点周期实际大于0.02 s，若仍按0.02 s计算，由v＝可知，速度的测量值比实际值偏大。 [解析]　小车上的遮光板宽度为d，小车通过光电门时，计时器记录的时间为t，则小车通过光电门的速度v＝。 [解析]　小车通过A、B两光电门的速度分别为vA＝＝1.0 m/s，vB＝＝2.5 m/s。 解析：常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电；电源频率为50 Hz，则每隔T＝＝ s＝0.02 s打一个点。 解析：相邻两计数点间有4个计时点未画出，则相邻两计数点的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，某时刻的瞬时速度可用该时刻前后一段时间内的平均速度代替，则vC＝＝ m/s＝0.30 m/s。 解析：根据题中表格数据作出图像如图所示，根据v－t图像可知加速度a＝＝ m/s2＝0.40 m/s2。 $