第二章 1.实验：探究小车速度随时间变化的规律-（配套课件）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第一册（人教版）

该高中物理课件围绕“探究小车速度随时间变化的规律”实验，系统涵盖实验目的、原理、器材、步骤、数据分析及注意事项，通过衔接打点计时器基础，以纸带处理、瞬时速度计算、v-t图像绘制为支架，构建从操作到结论的完整探究链条。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，原型实验夯实基础技能，创新实验引入光电计时器拓展场景，练习题结合赛车连拍、斜面运动等情境，培养学生模型建构与科学推理能力。学生能提升实验操作与数据分析能力，教师可获得系统的基础与拓展教学资源，助力高效教学。

1.实验：探究小车速度随时间变化的规律 01 实验基础落实 02 实验技能培养 03 课时作业 目 录 01 PART 实验基础落实 目 录 一、实验目的 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。 物理·必修第一册 目 录 三、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。 二、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　 刻度尺　 物理·必修第一册 目 录 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，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。 物理·必修第一册 目 录 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　 物理·必修第一册 目 录 五、数据分析 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 当的点作为计时起点（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）。 （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；… 物理·必修第一册 目 录 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） 物理·必修第一册 目 录 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“拟合”这些点。让所画的曲线连接尽可 能多的点，不能连接的点应均匀分布在曲线两侧，舍弃离曲线较远的点。 4. 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。 物理·必修第一册 目 录 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。 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。 物理·必修第一册 目 录 七、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。 物理·必修第一册 目 录 02 PART 实验技能培养 目 录 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。 物理·必修第一册 目 录 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。 物理·必修第一册 目 录 （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。 物理·必修第一册 目 录 【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。 物理·必修第一册 目 录 （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 物理·必修第一册 目 录 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。 物理·必修第一册 目 录 （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 物理·必修第一册 目 录 （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。 物理·必修第一册 目 录 （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。 物理·必修第一册 目 录 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）： 物理·必修第一册 目 录 （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。 物理·必修第一册 目 录 （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。 物理·必修第一册 目 录 【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） 物理·必修第一册 目 录 （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 物理·必修第一册 目 录 （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 物理·必修第一册 目 录 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， 物理·必修第一册 目 录 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。 物理·必修第一册 目 录 创新分析 （1）实验原理的创新：探究了小车先做加速后做减速运动的速度随时间 变化的规律。 （2）实验器材的创新：在长木板上铺上一段布面，增大阻力使小车做减 速运动。 物理·必修第一册 目 录 03 PART 课时作业 目 录 1. （2025·浙江星辰联盟高一期中）用打点计时器、平板、小车等器材做 研究匀变速直线运动规律的实验。 1 2 3 4 5 6 （1）穿入打点计时器限位孔的纸带，正确的是 （选填“甲”或 “乙”）。 甲 物理·必修第一册 目 录 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。故选甲。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （2）如图丙所示，是学生即将释放小车之前的装置图及操作，以下存在 错误的是（　ABC　） 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，后释放小车 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，后释放小车，故D正确。 ABC 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 2. 小明同学按如图甲所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律” 的实验。 （1）释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置中操作错误的 是 ⁠。 A. 电磁打点计时器接在直流电源上了 B. 电磁打点计时器所用电源的电压应用220 V C. 小车离打点计时器过远 解析：电磁打点计时器应接在约8 V的交流电源上；小车离打点计时器过远，故选A、C。 AC 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （2）如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D为其 中连续打出的四个点（已知打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s）。由于操 作不慎，C点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度 尺上位置的读数为 cm，在打下C点时小车的速度最接近 于 m/s（结果保留3位有效数字）。 3.00 1.40 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 解析：A点在刻度尺上位置的读数为3.00 cm；打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s，在打下C点时小车的速度vC＝＝ m/s＝1.40 m/s。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 3. 某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某 玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列 好的位置关系如图所示。已知该照相机的连拍频率是每秒10片，照片与实 物的比例为1∶10。为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片 进行了研究。请根据图中数据回答下列问题： （1）该照相机连拍时，其拍摄周期为T＝ s。 解析：每秒拍10张照片，则拍摄周期T＝ s＝0.1 s。 0.1 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （2）图中玩具赛车在从左向右第二个位置的速度v2＝ m/s，赛车在 第五个位置的速度v5＝ m/s（结果保留2位有效数值）。 （3）该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度a＝ m/s2。 解析： （2） （3）设题图中从左向右前两段的位移为x1，最后两段的位移为x2，玩具赛车在第二个位置的速度为v2＝＝ m/s＝2.6 m/s，玩具赛车的第五个位置的速度为v5＝＝ m/s＝3.2 m/s，则a＝ ＝2 m/s2。 2.6 3.2 2 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 4. （2025·甘肃武威高一月考）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。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 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为v＝。 （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＝ ⁠。 ​ 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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） 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。 1.0 2.5 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 5. （2025·青海西宁高一月考）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。 （1）常见的打点计时器有两种： 和 ⁠ ，它们使用的都是接 （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。 电磁打点计时器 电火花计时 器 交流 0.02 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 解析：常见的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器。 电磁打点计时器和电火花计时器，它们使用的都是交流电源。 当电源频率为50 Hz时，由频率与周期的关系T＝＝ s＝0.02 s，可知每 隔0.02 s打一个点。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （2）关于本实验，下列说法正确的是 ⁠。 A. 释放小车的同时，接通电源 B. 先接通电源打点，后释放小车运动 C. 先释放小车运动，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：先接通电源打点，待打点稳定后，再释放小车运动，这样在纸带上可得到更多的数据，A、C错误，B正确；纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小，D正确。 BD 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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 ⁠。 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，用刻度尺测量纸带上点迹间的距离。 刻度尺 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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。 ①每相邻两计数点的时间间隔为 s，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）。 0.1 0.280 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 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。小车速度变化的规律为 ⁠ ⁠。 在误差允许的范围内，速度随时间均匀变 化（速度与时间成线性关系） 答案：图见解析 ③小车连接在纸带的 （选填“左端”或“右端”）。 左端 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 解析：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'＝5×0.02 s＝0.1 s。 由匀变速直线运动在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打D点时小车的速度vD＝＝×10－2 m/s＝0.280 m/s； 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 ②由打各点的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝ 0.241 m/s， vC＝0.258 m/s，vD＝0.280 m/s，vE＝0.300 m/s，在坐标系中描点作出 小车运动的v-t图像，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变化。 ③由v-t图像可知，小车做加速运动，在相 等的时间内运动的位移逐渐增大，由此可 知小车连接在纸带的左端。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 6. 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的低压交变电源上，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。 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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 （选填“x”或“y”）轴相当于v轴， （选填“x”或 “y”）轴相当于t轴。 答案：见解析图 解析：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。 y x 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 （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。 解析：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时刻的瞬时速度。 （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。 解析：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。 b 2 1 2 3 4 5 6 物理·必修第一册 目 录 THANKS 演示完毕 感谢观看 $