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】2026-2027学年高中物理必修第一册教用Word（人教版）

本讲义聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”核心实验，系统梳理从实验目的、原理、器材到步骤的完整流程，衔接数据处理（纸带分析、v-t图像绘制）、误差分析及注意事项，辅以原型与创新题型示例，构建从基础操作到应用创新的学习支架。 该资料以科学探究为主线，通过规范的纸带选取、v-t图像绘制等数据处理环节培养科学思维，结合打点计时器纸带分析、气垫导轨创新实验等实例，助力教师课中高效教学，学生课后可通过题型练习巩固实验技能，查漏补缺，提升科学态度与责任。

第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律 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。 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vt图像判断运动性质：用描点法可作出小车的vt 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vt图线的斜率求出小车的加速度。 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。 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。 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。 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)。 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。 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) 3．描绘vt图像 (1)根据表格中的数据，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vt图线，它是一条倾斜的直线，如图所示。 (3)由vt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。 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vt图像时单位选择不合适或作图不准确带来误差。 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vt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。 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。 (1)穿入打点计时器限位孔的纸带，正确的是图________(选填“甲”或“乙”)。 (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]　(1)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。 (2)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。 [答案]　(1)甲　(2)ABC 角度2　利用vt图像求加速度 　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中 (1)实验室提供了以下两种打点计时器，其中A为__________________(选填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”)。 (2)下列说法正确的是________。 A．实验时，先释放纸带，再接通电源 B．实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带 C．实验时，先接通电源或先释放纸带都可以 D．纸带上打点越密集说明纸带运动速度越大 (3)实验中某同学得到一条打点计时器打下的纸带，如图甲所示，A、B、C、D、E、F、G是打点计时器依次打出的7个点，其中B、C、D、E、F、G距A点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，相邻两个点之间的时间间隔均为T。打下C点时纸带的速度为________。 (4)某实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图乙所示，请根据这些点在图乙中作出vt图像。 (5)在实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度，为了计算加速度，最佳的方法是________。 A．根据任意两计数点的速度用公式a＝算出加速度 B．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 C．根据实验数据画出vt图像，量取其倾角α，用a＝tan α求出加速度 D．根据实验数据画出vt图像，由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a＝算出加速度 [解析]　(1)电火花计时器需要墨粉纸，电磁打点计时器需要振针和复写纸，可知A为电火花计时器。 (2)实验时，应先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带，故A、C错误，B正确；纸带上打点越密集说明相同时间内位移越小，可知纸带运动速度越小，故D错误。 (3)打下C点时纸带的速度vC＝。 (4)使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，偏离太远的点舍掉，如图所示。 (5)根据任意两个计数点的速度，用公式a＝算出加速度，偶然误差较大，故A错误；依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，最后只利用了两组数据，偶然误差较大，故B错误；由于v轴和t轴选取的标度不同时，图像的倾角就会不同，所以不能由公式a＝tan α算出加速度，故C错误；根据实验数据画出vt图像，由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a＝算出加速度，最为合理，误差较小，故D正确。 [答案]　(1)电火花计时器　(2)B　(3) (4)图见解析　(5)D 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，特别要注意两个计数点之间还有几个点没有画出。 (2)明确坐标轴的意义并选取合适标度。 (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。 (4)由v-t图像求加速度时，由多组数据描绘出vt图像，图像的斜率表示物体运动的加速度，运用a＝k＝求解。 题型二　教材实验创新 　物理兴趣小组的同学利用气垫导轨和光电门传感器测量滑块的加速度大小，实验装置如图甲所示，气垫导轨上安装有光电门1和光电门2。 (1)实验时用刻度尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________mm。 (2)用细线一端连接滑块，另一端跨过定滑轮挂上槽码，启动气源，让气垫导轨正常工作。将滑块从气垫导轨上光电门1的右侧某一位置由静止释放，滑块向左做加速运动。与光电门相连的数字计时器记录了遮光条通过光电门1所用的时间为0.020 s，通过光电门2所用的时间为0.005 s，遮光条从光电门1到光电门2所用的时间为0.75 s，则滑块的加速度大小a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。 (3)下列方法可以减小实验误差的是________。 A．增加槽码数量，使滑块更快地运动 B．减小两光电门的间距 C．换用宽度适当小一些的遮光条 [解析]　(1)刻度尺的分度值为1 mm，根据题图乙可知，遮光条的宽度d＝20.0 mm－10.0 mm＝10.0 mm。 (2)遮光条通过光电门1时的速度大小v1＝＝0.50 m/s，遮光条通过光电门2时的速度大小v2＝＝2.00 m/s，则滑块的加速度大小a＝，代入数值解得a＝2.0 m/s2。 (3)增加槽码数量，滑块运动得更快，则滑块从光电门1到光电门2所用的时间更短，更难以测量，会使得测量误差增大，A错误；减小两光电门的间距，滑块从光电门1到光电门2所用的时间更短，更难以测量，会使得测量误差增大，B错误；换用宽度适当小一些的遮光条，则遮光条通过光电门的平均速度更接近于滑块经过光电门时的瞬时速度，可以减小误差，C正确。 [答案]　(1)10.0　(2)2.0　(3)C 1．(2026·江苏南通市期中)某探究小组利用图甲所示装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验，实验中所用交流电的频率为50 Hz，请回答以下问题： (1)图甲中选用的是________。 A．电磁打点计时器 B．电火花计时器 (2)纸带穿过打点计时器时的操作，正确的是________。 (3)为研究小车运动性质，该小组选取了一条清晰的纸带，如图乙所示，每隔相同的时间取一个计数点。1、2、4、5计数点对应的小车速度已描在图丙中，请你继续完成以下问题： ①实验中应选用图乙中__________(选填“AB”或“CD”)段的平均速度表示计数点3对应的小车速度，其大小v＝________m/s(计算结果保留2位有效数字)； ②在图丙中拟合小车运动的vt图线，求出其加速度大小a＝________m/s2(计算结果保留3位有效数字)。 (4)实验中，发现某条纸带后半段点迹间距变小，如图丁所示，分析导致该现象的可能原因之一是_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)插头接220 V交流电，电火花计时器接220 V交流电，故题图甲中选用的是电火花计时器，故选B。 (2)为了保证点迹清晰和正常打点，纸带需要从墨粉纸盘下面穿过，故选A。 (3)①CD段的时间间隔更短，该段的平均速度更接近计数点3对应的小车速度；实验中所用交流电的频率为50 Hz，CD段的时间间隔2T＝2·＝0.04 s，则v＝＝×10－2 m/s＝0.75 m/s。 ②小车运动的vt图像如图所示；根据vt图线的斜率表示加速度，图像斜率k＝ m/s2＝1.50 m/s2，可知加速度大小a＝1.50 m/s2。 (4)连接槽码与小车的细线太长，导致小车后半段运动时，槽码已落地。 答案：(1)B　(2)A　(3)①CD　0.75(0.74～0.76均可)　②图见解析　1.50　(4)连接槽码与小车的细线太长，导致小车后半段运动时，槽码已落地 2．(2026·广西崇左市期中)某实验小组用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律，得到一条纸带，纸带上相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s(每5个点取一个计数点)，各计数点到起始点O的距离如下表： 计数点 O A B C D 距离x/cm 0 1.20 3.60 7.20 12.00 (1)求计数点B的瞬时速度vB＝________m/s(结果保留2位有效数字)。 (2)在图中描出A、B、C三点坐标，画出vt图像。 解析：(1)纸带上相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s，计数点B的瞬时速度等于AC段的平均速度，可知vB＝＝ m/s＝0.30 m/s。　 (2)同理可得计数点A的瞬时速度vA＝＝ m/s＝0.18 m/s，计数点C的瞬时速度vC＝＝ m/s＝0.42 m/s，在图像中描点，然后用平滑的曲线连接A、B、C三点，图像如图所示。 答案：(1)0.30　(2)图见解析 学科网（北京）股份有限公司 $