2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 专项训练-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

本高中物理讲义聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，系统梳理利用纸带中间时刻平均速度替代瞬时速度的原理，v-t图像倾斜程度与加速度的关系，以及实验器材、步骤和注意事项，搭建从原理理解到操作规范再到数据处理的学习支架。 该资料通过规范实验步骤（如先启动打点计时器再释放小车）培养科学探究能力，多样化备考训练（纸带分析、v-t图像绘制、误差讨论）提升科学思维，强调减少测量误差等注意事项渗透科学态度。课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固技能、查漏补缺。

2 / 5 2 / 5 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验原理 1．一、实验原理 1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段____，用这段位移的___表示这点的瞬时速度． 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，图线的倾斜程度表示_________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． 二、实验器材 交变电源、________、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸． 三、实验步骤 1．如图所示，把一端带有_____的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出___________．铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的_________，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳． 2．把小车停在___________打点计时器的位置．先启动____________，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_________． 3．换上新纸带，并增减所挂_________（或在小车上放置重物），重新操作两次． 四、注意事项 1．开始放开小车时，应使小车____________打点计时器． 2．先启动打点计时器，等打点__________后，再_____________． 3．打点完毕，立即_________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_________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____________，应尽可能地一次测量完毕，减少误差． 备考训练一： 1、 周期T 2、 注意事项 3、 某点速度 4、 v-t图像 1．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，如图是打出纸带的一部分，A、B、C为纸带上标出的3个计数点，则打B点时，小车运动的速度大小v=________m/s。（结果保留2位有效数字） 2．如图1所示，纸带一端系着重物，另一端穿过打点计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上打下一系列点，其中一段如图2所示。图2中所示的纸带________（选填“左”或“右”）端与重物相连；用平均速度表示各点的瞬时速度，从理论上讲，对的要求是越________（选填“大”或“小”）越好。 3．表格中记录了物体速度随时间变化的数据，请在坐标系中描点法做出图像 时刻 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 速度 0.14 0.18 0.22 0.28 0.30 0.34 4．(1)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下基本步骤： A．松开纸带让物体带着纸带运动 B．安好纸带 C．把打点计时器固定在桌子上 D．接通电源 E．取下纸带 F．断开开关 这些步骤正确的排列顺序______。 (2)电火花打点计时器使用交流电源工作，它工作电源的频率是50Hz，如果用它测量速度时，实验者不知道工作电源的频率已变为60Hz，而仍按50Hz进行计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比______（选填“偏大”或“偏小”）。 5．(1)打点计时器是一种使用______（直流/交流）电源的计时仪器，当电源的频率为50Hz时，振针每隔______秒打一个点，如图所示为一次记录小车匀变速直线运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的记数点，相邻记数点间有四个点未画出；（计算结果保留三位有效数字） (2)计算B点的瞬时速度大小______m/s。 6．光电计时器是一种研究物体运动时常用的计时仪器，其结构如图甲所示。a、b分别是光电门的激光发射装置和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的遮光时间。现将一滑块（上端固定有宽度为d的遮光条）放在气垫导轨上，轻推滑块后测得滑块通过光电门的过程中遮光条的遮光时间为t。 (1)为了使测得的滑块通过光电门时的速度更加接近真实值，应选择较______（填“宽”或“窄”）的遮光条。 (2)用刻度尺测遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d = ______，滑块通过光电门时的速度大小v = ______（用题目给定的物理量符号表示）。 7．用如图甲所示的实验装置“测量小车做直线运动的瞬时速度”，完成下列相关内容： (1)下列实验要求或操作，正确的有_____（填正确答案标号）。 A．必须使用交流电源 B．钩码质量必须远小于小车质量 C．必须倾斜长木板以平衡小车所受到的阻力 D．小车应靠近打点计时器释放 E．先接通电源，再释放小车 (2)图乙是某次实验中一条纸带上截取的一段，在连续打出的点上依次标记、、、四个计数点（相邻计数点间还有四个点未画出），则点的读数为_____cm。已知打点计时器每隔打一个点，则在打下点时，小车的瞬时速度为_____（计算结果保留3位有效数字）。 8．某实验小组同学利用电磁打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”实验。装置如图甲所示，在调整好仪器后，通过正确操作得到点迹清晰的纸带。 (1)关于接通电源和释放小车的先后顺序，下列四种操作中你认为正确的是________。 A．接通电源和释放小车应同时进行 B．先释放小车后接通电源 C．先接通电源后释放小车 D．接通电源和释放小车的先后顺序对实验没影响 (2)如图乙所示是某同学通过实验得到的小车运动情况的纸带，他进行如下数据处理：在纸带上连续选取六个点迹A、B、C、D、E、F并测得A、C两点间的距离为x1，已知打点计时器所用的交流电源的频率为f，则打点计时器在纸带上打下B点时小车运动的瞬时速度大小vB＝________； (3)如图丙、丁所示是两位同学用同一组实验数据，分别作出的小车运动的v－t图像，你认为正确的是________。 9．某同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，有图中甲、乙两种打点计时器。 (1)图乙是_________（选填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”），其电源采用的是_________；（选填“交流”、“交流”、“直流8V”、“直流220V”、“两节干电池”） (2)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根据纸带上各个计数点间的距离，这位同学已经计算出B、C、D、E四个点小车的瞬时速度，但忘记计算F点的速度，请你帮忙计算，并填入下表中____________；（结果保留三位有效数字） 速度 数值 0.400 0.479 0.560 0.640 ②以打下A点的时刻为计时起点（t=0时刻），将B、C、D、E、F五个点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由图丁的速度—时间图像求得小车的加速度为_____________m/s2。（结果保留两位小数）。 10．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电源、电火花打点计时器、电池组、纸带、墨粉盘、秒表、小车、钩码、细绳、导线、一端附有定滑轮的长木板。 (1)其中不需要的器材是______和______，还需要增添的器材有______。 某同学在实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上每5个打印点取一个计数点，这样在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。共各相邻点间的距离如图所示，打点计时器使用的是50Hz的交流电。根据纸带回答下列问题： (2)计时器打下从A到G这一段小车的平均速度为______m/s，打下F点时的瞬时速度为______m/s，打下从B到F这一段小车的平均加速度为______m/s2（以上结果都保留三位有效数字）。 (3)如果打点时交变电流的实际频率是f=49Hz，而做实验的同学并不知道，那么速度的测量值与实际值相比______（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）。 11．(1)打点计时器和数字计时器是高中物理研究物体运动中重要的实验仪器，下图中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的打点计时器，图丙为连接光电门的数字计时器。 请回答下面的问题： ①图甲是______（填“电磁”或“电火花”）打点计时器，电源采用的是______（填“交流4~6V”、“交流220V”、“四节干电池”）； ②图丙中，若已知物体挡光宽度为，物体经过光电门用时，则可以近似认为物体通过光电门的瞬时速度的表达式为______； (2)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图所示其中斜面倾角可调，打点计时器每隔0.02s打一次点，纸带上计数点的间距如图所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。 ①部分实验步骤如下： A．测量完毕，关闭电源，取出纸带 B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D．把打点计时器固定在平板上，让纸穿过限位孔，上述实验步骤的正确顺序是：______（用字母填写）； ②图中标出的相邻两计时点的时间间隔______s；相邻两计数点的时间间隔______s； ③计数点4对应的瞬时速度大小计算式为______，计数点5对应的瞬时速度大小计算式为______（用字母表示）。 2 / 5 2 / 5 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．0.48/0.47/0.49 【详解】交流电源频率为50Hz，打点周期 由图可知，相邻计数点A、B和B、C之间都有5个打点间隔，因此相邻计数点的时间间隔 根据匀变速直线运动规律，中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，因此B点的速度等于AC段的平均速度，得 2． 左 小 【详解】[1]从左到右相邻两计数点间的距离逐渐增大，纸带运动的速度逐渐增大，说明重物和纸带的左端相连。 [2]用平均速度表示各计数点的瞬时速度时，当时间间隔越小，平均速度越接近瞬时速度，所以越小越好 3． 【详解】根据表格中的数据描点，然后用平滑的直线连接，如图 4．(1)CBDAFE (2)偏小 【详解】（1）使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，一般遵循以下步骤：把打点计时器固定在桌子上，安好纸带，接通电源，松开纸带让物体带着纸带运动，断开开关，取下纸带。即顺序为CBDAFE。 （2）若工作电源的频率已变为60Hz，则实际的打点间隔为 如果仍按50Hz进行计算，即计算时代入的打点间隔为 则代入的打点间隔偏大；根据速度公式可知，算出的速度值与物体速度的真实值相比偏小。 5．(1) 交流 0.02 (2)0.875 【详解】（1）[1]电磁打点计时器和电火花打点计时器都是使用交流电源的计时仪器。 [2]当电源的频率为50Hz时，振针每隔打一次点。 （2）图中A、B、C、D、E为相邻的记数点，相邻记数点间有四个点未画出，可知相邻记数点的时间间隔为。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，因此B点的瞬时速度为 6．(1)窄 (2) 0.40 cm 【详解】（1）为了使测得的滑块通过光电门时的速度更加接近真实值，应选择较窄的遮光条，因为遮光条越窄，遮光条通过光电门的时间越小，则遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度。 （2）[1]该刻度尺分度值为0.1 cm，因此遮光条的宽度为 d = 0.40 cm [2]根据光电门测速原理可知，滑块通过光电门时的速度大小为 7．(1)ADE (2) 7.40 0.610 【详解】（1）A．依据打点计时器工作原理可知打点计时器需要使用交流电源，故A正确； BC．在“测量小车做直线运动的瞬时速度”的实验中，不需要平衡摩擦力，也不需要考虑绳上拉力是否近似等于重力，因此不需要满足钩码质量必须远小于小车质量这个条件，故BC错误； D．为了能多打出一些点便于数据处理，提高纸带的利用率，小车应靠近打点计时器释放，故D正确； E．为了提高纸带的利用率，实验时应先接通电源，再释放小车，故E正确。 故选ADE。 （2）[1] 刻度尺的最小分度值为1mm，根据刻度尺的读数规则，应估读到最小分度值的下一位，所以c点的读数为7.40cm； [2] 近似取相邻两计数点的平均速度代替该点的瞬时速度，即在打下c点时，小车的瞬时速度为 8．(1)C (2) (3)图丙 【详解】（1）为充分利用纸带，所以应先接通电源，后释放小车，C正确。 （2）用一段很短时间内的平均速度替代中间某点的瞬时速度，则有，且，解得 （3）作图时，应尽可能使较多的点落在直线上，且不在直线上的点应尽量分布在图线的两侧，相差较远的点应舍去，故选图丙。 9．(1) 电火花计时器 交流220V (2) 0.721 0.75/0.76/0.77/0.78/0.79/0.80/0.81/0.82/0.83/0.84/0.85 【详解】（1）[1][2] 由题图可知，图乙是电火花打点计时器，电源采用的是交流220V。 （2）[1] 每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为，其中打F计数点时，小车的速度为 [2] 根据数据在图像中描出对应点，并作出对应图线如图所示 [3] 根据图线可得小车的加速度为 10．(1) 电池组 秒表 刻度尺 (2) 0.560 0.721 0.802 (3)偏大 【详解】（1）[1][2][3]电火花打点计时器使用交流电源，所以不需要的器材是电池组。打点计时器不需要秒表，为了得到小车的运动规律，还需要刻度尺来测量计数点之间的距离，用来计算速度和加速度。所以需要刻度尺。 （2）[1]每5个打印点取一个计数点，所以相邻计数点的时间间隔 A到G段小车的平均速度为 [2]根据匀变速直线运动规律可知，F点的速度为 [3] 根据逐差法可得小车的加速度为 （3）如果打点时交变电流的实际频率是，实际打点周期变大，而做实验的同学并不知道，代入偏小，所以速度的测量值与实际值相比偏大。 11．(1) 电磁 交流4~6V (2) DCBA 0.02 0.1 【详解】（1）[1][2]图甲需要用到振针和复写纸，是电磁打点计时器，电源采用的是交流4~6V。 [3]极短时间内的平均速度大小可以近似认为是该时刻的瞬时速度大小，则物体通过光电门的瞬时速度的表达式为 （2）[1]安排实验步骤要本着先安装器材，然后进行实验的思路进行，一般每完成一次实验，都要进行重复实验，实验步骤要符合逻辑，不能颠三倒四的，在实验过程中应先固定打点计时器，再放置小车，然后打开电源，最后释放小车，所以正确的顺序是DCBA。 [2][3]相邻两计时点的时间间隔，因为每相邻两点之间还有4个记录点未画出，故相邻的两个计数点间的时间间隔为 [4]计数点4对应的瞬时速度大小为 [5]计数点5对应的瞬时速度大小为 参考答案： 1． 位移 平均速度 加速度 均匀 打点计时器 定滑轮 桌面 纸带 靠近 电源 电源 槽码 靠近 稳定 释放小车 关闭 计数 位移 【详解】1.[1][2]利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度． 2．[3][4]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，说明小车的速度是均匀变化的． 二、实验器材 [5]交变电源、打点计时器、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸． 三、实验步骤 1．[6][7][8]如图所示，把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳． 2．[9][10][11]把小车停在靠近打点计时器的位置．先启动电源，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． 3．[12]换上新纸带，并增减所挂槽码（或在小车上放置重物），重新操作两次． 四、注意事项 1．[13]开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器． 2．[14][15]先启动打点计时器，等打点稳定后，再释放小车． 3．[16]打点完毕，立即关闭电源． 4．[17]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．[18]不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕，减少误差． 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 $