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

该高中物理导学案聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”，引导学生巩固打点计时器使用、纸带数据处理及瞬时速度测量方法，通过规范实验步骤（如先接通电源再释放小车）建立操作逻辑，衔接前期打点计时器基础，为后续匀变速直线运动规律学习提供实验与数据分析支架。 资料以完整科学探究过程为特色，通过数据处理示例（如计算C、E点瞬时速度）培养科学推理能力，v-t图像绘制分步指导强化模型建构思维，检测反馈中纠错步骤与多样化习题（如纸带分段分析加速度）助力巩固运动观念，提升学生实验操作与数据分析素养，便于教师高效开展实验教学与学情评估。

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册 学号： 班级： 姓名： 学习目标： 1. 巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测瞬时速度的方法． 2. 学会利用图像处理实验数据的科学方法． 3. 知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律． 活动方案： 1. 实验器材 打点计时器、　　　　电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、米尺、坐标纸． 2. 实验步骤 （1）如图所示，把一端附有定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，并把纸带的一端连在小车的后面． （3）把小车停在靠近打点计时器的位置，先　　　　，后　　　　，（均选填“接通电源”或“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）换上新纸带，重复操作两次． 3. 数据处理 （1）如图所示是某同学用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出．用米尺对各计数点一次全部测量出到计时起点A的距离，而不必挪动尺子，以免造成累积的测量误差．求出相邻计数点的距离，其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.27 cm. （2）下表列出了打点计时器打下B、D、F三点时小车的瞬时速度．若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下C、E两点时小车的瞬时速度．（结果保留三位有效数字） 位置 B C D E F 速度/（m·s-1） 0.737 0.864 0.994 4. 观察表中的速度，你能用自己的语言粗略描述小车速度随时间变化的规律吗？ 1. 在科学研究中，常用图像描述实验中测量量之间的关系．试根据下面的三步提示和活动一中的实验测量数据，在下面的坐标纸中画出小车的v-t图像． （1）定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致布满坐标纸．坐标轴的起始值可以不从零开始； （2）描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置； （3）连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点．若用直线拟合各点，应使直线尽量多地通过数据点，不在直线上的点均匀分布于直线两侧． 2. 分析小车运动的v-t图像，你能用自己的语言描述小车速度随时间变化的规律吗？ 1. 做一做：尝试用计算机绘制活动一中小车运动的v-t图像. 2. 想一想：在探究小车运动速度随时间变化的规律时，我们经历了一个什么样的研究过程？对你有什么启发？ 3. 与数学表达式相比，用图像法分析问题有哪些优点？ 检测反馈： 1. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学进行了以下实验操作步骤，试找出其中错误和遗漏的步骤（遗漏步骤已编上序号G）. A. 拉住小车，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，再接通电源； B. 将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，并接好电路； C. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码； D. 取下纸带，再断开电源； E. 将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔； F. 从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析． 错误和遗漏： ①_______________________________________________________________； ②_______________________________________________________________； G. ______________________________________________________________； 正确的步骤顺序为　　　　　　　　　　． 2. 某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，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．其相邻点间的距离如图甲所示，在每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出． 甲 （1）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度，并将这两个速度值填入下表．（结果保留三位有效数字） 速度 vB vC vD vE vF 数值/（m·s-1） 0.479 0.560 0.640 （2）将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并在图乙中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线． 乙 （3）由所画速度—时间图像求出小车加速度为　　　　m/s2.（结果保留两位有效数字） （4）写出图线与纵轴的交点的物理意义：________________________________. 3. 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个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点，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5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vt关系的图像． 甲 乙 （1）请在图乙中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图像（作答在图上），其 　　　　（选填“x”或“y”）轴相当于v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 　　　　（选填“a、b、c、d、e”中的一个）段纸带的长度. （3）若测得a段纸带的长度为2.00 cm，e段纸带的长度为10.00 cm，则可求出加速度的大小为　　　　m/s2.（结果保留两位有效数字） 活动方案 活动一： 1. 交流 2. （3）接通电源　释放小车 3. （2）0.801　0.928 4. 小车速度随时间增加． 活动二： 1. 2. 小车做的是一种加速度不随时间改变的加速直线运动. 活动三： 2. 经历的研究过程：从实验研究中获取数据→作出图像→分析图像→寻找规律→理解规律．这是一种严谨的研究态度和科学的研究方法． 3. 图像法是分析物理问题的重要数学方法，图像的优点是直观、形象、生动，让人一目了然． 检测反馈 1. ①A中应先接通电源，再放开小车　②D中应先断开电源，再取下纸带　G．换上新纸带，重复操作两次 BECADGF 2. （1）0.400　0.721 （2） （3）0.80（0.78～0.82） （4）t＝0时刻对应的瞬时速度 解析：（1）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，有 vB＝ m/s＝0.400 m/s， vF＝ m/s＝0.721 m/s. （2）将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线，如图所示． （3）小车加速度a＝k＝＝0.80 m/s2. （4）图线与纵轴交点的物理意义是t＝0时刻对应的瞬时速度． 3. （1） y　（2）b　（3）2.0 解析：（1）分别取a、b、c、d、e 5段的上方中点并连线，得到的即为v-t图像，如图所示，y轴相当于v轴． （2）t＝0.15 s是BC时间段的中间时刻，要求t＝0.15 s时的瞬时速度，只需要测出b段纸带的长度sb，然后由＝即可得到t＝0.15 s时的瞬时速度． （3）a、e段各自中间时刻的瞬时速度分别为va＝，ve＝，又Δt＝0.4 s，根据a＝ 得a＝2.0 m/s2. 学科网（北京）股份有限公司 $