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

第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律 第二章　匀变速直线运动的研究 目 录 CONTENTS 实验基础梳理 01 实验探究分析 02 实验能力自测 03 目录 2 1 实验基础梳理 目录 3 一、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________画出小车的v-t图像,图线的______表示加速度,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 描点法 斜率 均匀 目录 实验基础梳理 二、实验器材 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 目录 实验基础梳理 三、进行实验 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。 目录 实验基础梳理 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。 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 目录 实验基础梳理 四、数据处理 1.纸带的选取与测量 (1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。 (2)为了便于测量,一般舍掉纸带开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点作计时起点(0点)。 (3)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)。 目录 实验基础梳理 (4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离,而是要量出各个计数点到计时零点的距离d1、d2、d3、…然后再算出相邻的两个计数点的距离x1=d1；x2=d2-d1；x3=d3-d2；x4=d4-d3；… 目录 实验基础梳理 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=。例如,图中计数点4的瞬时速度v4=。 (2)设计表格并记录相关数据。 位置编号 0 1 2 3 4 5 … 时间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)               目录 实验基础梳理 3.作出小车的v-t图像 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理,应使图像大致分布在坐标平面中央。 (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标(所描的点一般用“·”标明)。 (3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。让所画的直线连接尽可能多的点,不能连接的点应均匀分布在直线两侧,舍弃离直线较远的点。 目录 实验基础梳理 五、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的直线运动。图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度。 目录 实验基础梳理 六、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(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。 目录 实验基础梳理 2 实验探究分析 探究二　数据处理与误差分析 探究一　实验原理与操作 探究三　实验创新 目录 探究一　实验原理与操作 例1 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中, (1)下列给出的器材中,有一部分已经选好了,请选出还需要的器材。 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.细绳和纸带 F.槽码和小车 G.秒表 H.一端有滑轮的长木板 I.刻度尺 选出的器材有AEFH,还需要　　　　。  目录 典例探究分析 解析　在本实验中,不需要测量小车和槽码的质量,因此不需要天平,电磁打点计时器使用的是低压交流电源,因此不需要直流电源,同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间,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、I。 答案　C、I　 目录 典例探究分析 (2)某同学按照以下步骤进行操作： A.换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带； B.将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,接上电源； C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方,先放开小车,再启动电磁打点计时器； D.断开电源,取下纸带； E.把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上槽码,把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器的限位孔。 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)。  目录 典例探究分析 解析　以上步骤有错误的是C,应先启动电磁打点计时器,待打点稳定后再放开小车。 根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序,操作步骤合理的顺序为BECDA。 答案　C　先启动电磁打点计时器,待打点稳定后再放开小车　BECDA 目录 典例探究分析 训练1 某同学按如图所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 (1)图中仪器A叫作　　　　　　,使用220 V　　　　(选 填“交流”或“直流”)电源,释放小车前,小车应停在 　　　　(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。  (2)使用打点计时器分析小车运动情况的实验中,有以下基本步骤： A.释放小车让小车带着纸带运动 B.固定好纸带 C.把打点计时器固定在带定滑轮的长木板上 D.接通电源进行打点 以上步骤的正确顺序是　　　　。  目录 典例探究分析 答案　(1)电火花计时器　交流　靠近　(2)CBDA 解析　(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,释放小车前,小车应停在靠近仪器A的位置。 (2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中,基本步骤为：先把打点计时器固定好,再固定好纸带,再接通电源进行打点,之后释放小车,让小车带着纸带运动,故正确的顺序是CBDA。 目录 典例探究分析 探究二　数据处理与误差分析 例2 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz,记录小车运动的一段纸带如图所示,在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计数点,相邻两计数点之间还有四个点未画出。 目录 典例探究分析 (1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度,填入下表： 计数点序号 B C D E 计数点对应的时刻t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 打下计数点时小车的速度v/(m·s-1) 0.25   0.45   目录 典例探究分析 解析　用一段很短时间内的平均速度替代中间某点的瞬时速度,其中两计数点间的时间间隔T=0.1 s,则 vC=== m/s=0.35 m/s vE=== m/s=0.55 m/s。 答案　0.35　0.55 目录 典例探究分析 (2)根据上表中的数据,在下图中作出小车运动的v-t图线,分析可知小车速度随时间变化的规律为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  目录 典例探究分析 解析　画出的v-t图像为一条倾斜直线,如图所示。说明小车速度随时间均匀增加。 答案　见解析图　小车的速度随时间均匀增加 目录 典例探究分析 (3)根据作出的v-t图线可得小车运动的加速度为　　　　m/s2。  解析　由(2)中图像的斜率可得加速度 a== m/s2=1.0 m/s2。 答案　1.0 目录 典例探究分析 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,搞清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。 目录 典例探究分析 训练2 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示,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),电火花计时器接220 V、 50 Hz交流电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表： 目录 典例探究分析 (1)设电火花计时器的打点周期为T,计算vF的公式为vF=　　　　。  (2)根据表中的数据,以A点对应的时刻为t=0,在图乙所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像。 (3)利用该图像求得小车的加速度a=　　　　m/s2(结果保留2位有效数字)。  答案　(1)　(2)见解析图　(3)0.40 对应点 B C D E F 速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 目录 典例探究分析 解析　(1)电火花计时器接220 V、50 Hz交流电源,则打点周期T=0.02 s,每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,则相邻两计数点的时间间隔为5T,可用某段时间内的平均速度表示该段时间中点的瞬时速度,可得打F点时的速度公式为vF==。 (2)相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s,由题表中的 数据在图乙所示坐标系中描点画图,如图所示。 (3)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。 目录 典例探究分析 探究三　实验创新 例3 如图是小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中相邻小球像间的时间间隔是0.1 s,这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以通过刻度尺读出。 目录 典例探究分析 (1)试作出小球滚下过程的v-t图像； 解析　利用题图中给出的数据,可以求得各段的平均速度。以题图开始时的位置为0,沿斜面向下依次为位置1、2、3、…,因为时间间隔为0.1 s,比较短,所以某段时间内的平均速度可以表示这段时间某点的瞬时速度,所以 v1===0.80 m/s v2===1.15 m/s 目录 典例探究分析 v3===1.50 m/s v4===1.85 m/s 由以上数据作出v-t图像如图所示。 答案　见解析图 目录 典例探究分析 (2)求出小球滚下过程的加速度大小。 解析　根据v-t图像的斜率表示加速度可知,加速度a====3.5 m/s2 故小球滚下过程的加速度大小为3.5 m/s2。 答案　3.5 m/s2 目录 典例探究分析 常见的创新方法有“滴水计时法”和“频闪照相法”两种,如图所示,其工作原理和打点计时器一样,都是时间间隔相等,求解速度和加速度的方法完全相同。 目录 典例探究分析 实验能力自测 3 目录 1.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。 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O、A、B、 C、D、E和F,每相邻的两个计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源的频率是50 Hz。 甲 乙 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 甲 乙 (1)如果测得C、D两点间距x4=2.70 cm,D、E两点间距x5=2.90 cm,则打D点时小车的速度vD=　　　　m/s(结果保留3位有效数字)。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (2)该同学分别算出其他各点的速度：vA=0.220 m/s,vB=0.241 m/s,vC=0.258 m/s,vE=0.300 m/s,请在如图丙所示的坐标系中作出小车运动的v-t图像,并说明小车速度变化的规律　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  丙 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 甲 乙 答案　(1)0.280　(2)见解析图　小车速度随时间均匀变化(或增大) 解析　(1)相邻两计数点间的时间间隔为T==0.1 s,打D点时小车的速度等于C、E之间的平均速度,即vD==×10-2 m/s=0.280 m/s。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (2)描点作图如图所示,v-t图像为倾斜直线,说明小车速度随时间均匀变化(或增大)。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 2.(2025·吉林松原月考)某同学在“研究匀变速直线运动”的实验中获得的一条纸带的一部分如图所示。打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。 (1)打点计时器在纸带上打下相邻两点的时间间隔为　　　　s。  (2)从图中可读出C、D两点间的距离x=　　　cm。  (3)打点计时器打下B点时纸带的速度大小为　　　　m/s(结果保留2位有效数字)。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 答案　(1)0.02　(2)1.10　(3)0.40 解析　(1)打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz,由周期与频率的关系公式可得,在纸带上打下相邻两点的时间间隔为T== s=0.02 s。 (2)刻度尺的最小刻度是0.1 cm,则从题图中可读出C、D两点间的距离为 x=3.70 cm-2.60 cm=1.10 cm。 (3)打下B点时纸带的瞬时速度等于A、C间的平均速度,即 vB==×10-2 m/s=0.40 m/s。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 3.图中的甲、乙是高中物理实验中常用的两种打点计时器,请回答下面的问题： (1)图乙是　　　　　　　(选填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”),电源采用的是　　　　　　(选填“交流8 V”“交流220 V”或“四节蓄电池”)。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (2)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,关于轨道末端滑轮高度的调节正确的是　　　　。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (3)该同学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A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,相邻两点间的距离如图丙所示,每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出。 ①试根据纸带上各个计数点间的距离,计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度,并填入下表中(结果保留3位有效数字)。 速度 vB vC vD vE vF 数值(m/s) 0.400 0.479 0.560 0.640 　  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 ②将B、C、D、E、F对应的瞬时速度标在图丁所示的直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 ③由速度—时间图像可得小车的加速度为　　　　 m/s2(结果保留2位小数)。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 答案　(1)电火花计时器　交流220 V　(2)B (3)①0.721　②见解析图　③0.80(0.75~0.85均可) 解析　(1)题图乙中有墨粉纸盘,所以是电火花计 时器。电火花计时器电源采用的是交流220 V。 (2)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,轨道末端滑轮高度应调节至使细线与轨道平行,故B正确。 (3)①相邻计数点间的时间间隔为T=5·=0.1 s,小车在打下F点时的瞬时速度等于在E、G两点间的平均速度,即vF==×10-2 m/s=0.721 m/s。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 ②小车的速度随时间变化的关系图线如图所示。 ③v-t图像的斜率表示加速度,所以小车的加速度为a== m/s2=0.80 m/s2。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 4.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器接在50 Hz的低压交流电源上,某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点,共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出),如图甲所示。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段),将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中,如图乙所示,由此可以得到一条表示v-t关系的图线,从而求出加速度的大小。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (1)请你在图乙xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线,其中 　　　(填“x”或“y”)轴相当于v轴,　　　　(填“x”或“y”)轴相当于t轴。  (2)从第一个计数点开始计时,为求出0.15 s时刻的瞬时速度,需要测出　　　　段纸带的长度。  (3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm,e段纸带的长度为10.0 cm,则可求出加速度的大小为　　　m/s2。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 答案　(1)见解析图　y　x　(2)b　(3)2 解析　 (1)分别取a、b、c、d、e五段的上方中点,并连线,则得到能表示v-t关系的图线,如图所示,y轴相当于v轴,x轴相当于t轴。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (2)t=0.15 s是BC段的中间时刻,要求t=0.15 s时的瞬时速度,只需要测出b段纸带的长度xb,然后用=求得的平均速度即可认为是t=0.15 s时的瞬时速度。 (3)a、e段各自中间时刻的速度分别为 va===0.2 m/s ve===1.0 m/s 根据a=得a== m/s2=2 m/s2。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 5.(2025·湖北高一阶段练)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。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (1)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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示,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。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 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,请在如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_____________ __________________________________________。  01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 答案　(1)刻度尺　(2)①0.10　26.30　②见解析图　小车速度随时间均匀增大　③0.50　④12.00　打A点时小车的速度 解析　(1)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,用来测量纸带上计数点间的距离。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 (2)①纸带上每相邻的两个计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源的频率是50 Hz,可知相邻两计数点间的时间间隔为T=5·=5× s=0.10 s；打D点时小车的速度可用C、E两点间的平均速度计算,即vD== cm/s=26.30 cm/s。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 ②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。 ③根据图线可得小车运动的加速度为 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。 01 02 03 04 05 目录 实验能力自测 $