2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（培优教学课件）物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦匀变速直线运动规律的实验探究，通过“如何探索运动规律”等问题导入，引导学生思考实验设计与测量量，搭建从运动描述到规律探究的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，含实验视频辅助操作，通过微元思想处理数据、图像拟合分析规律，结合误差分析培养严谨态度。典例与提升训练分层，助力学生提升实验能力，教师可高效实施教学。

2.1 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 人教版必修第一册 物理观念 认识打点计时器的工作原理，掌握纸带处理方法，明确小车匀加速运动的速度随时间均匀增大的变化规律。 科学思维 利用极短时间内平均速度近似瞬时速度的微元思想，结合v-t图像拟合规律，形成实验建模与数据分析思维。 科学探究 能够独立完成实验组装、操作、读数与数据处理，自主绘制v-t图像，归纳小车速度的变化规律。 科学态度 与责任 养成规范操作实验、精准记录数据、客观分析误差的严谨实验素养，树立实事求是的科学探究精神。 学习目标 重点 掌握打点计时器的规范操作、纸带数据处理方法，学会绘制并分析小车运动的v-t图像。 难点 理解平均速度替代瞬时速度的实验原理，通过拟合v-t图像推理小车的匀变速运动规律，分析实验误差。 重点难点 1. 实验思路 2. 进行实验 3. 数据记录 4. 数据分析 5. 注意事项 6. 例题练习 7. 课堂总结 8. 练习与应用 9. 提升训练 学习内容 物体的运动通常比较复杂、运动规律也各不相同。我们如何探索物体运动的规律呢？ 导入新课 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。本节课我们研究实验小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。 　 那么，要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？ 导入新课 一、实验思路 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 我们可以用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。 1. 如何简单获得有一定规律的运动？ 一、实验思路 请同学们思索一下：需要怎样的测量方法？ 2. 打点计时器可以测量什么物理量？ 位移、时间 3.通过打点计时器打出的纸带可以间接求什么物理量？ 可以求两点间的平均速度 某一点的瞬时速度 一、实验思路 二、进行实验 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 学生电源 钩码 小车 细绳 纸带 打点计时器 一端附有定滑轮的长木板 刻度尺 1.实验器材 二、进行实验 2. 实验视频 二、进行实验 （1）木板平放，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定，连接好电路 （2）穿纸带，挂钩码 （3）先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源 （4）换纸带，加钩码，再做两次实验 3.实验步骤 认清打点计时器类型 二、进行实验 (1)滑轮不能过高,细绳应与木板平行。 (2)小车应由紧靠打点计时器处开始释放，当小车到达滑轮前及时用手按住,要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰。 (3)先接通电源，后让纸带运动。 (4)打点结束后立即关闭电源。 (5)要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点。 4. 注意事项 二、进行实验 三、数据记录 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 舍掉纸带开头的一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点，可以选择相隔0.1s的若干计数点进行测量。 注：原则上能取六、七个计数点为宜，给选取的点加标记。 1、如何分析、选取纸带 三、数据记录 纸带上打印的点称为计时点 2、何谓计时点 人为选取的几个点称为计数点 3、何谓计数点 每五个计时点取一个计数点 ,依次标号为0，1，2，3，4，5…… （间隔不再是0.02s，而是0.1s，方便计算。） 4、如何选取计数点 过于密集的舍去 计时点 计数点 D E 0.1s 三、数据记录 5、瞬时速度的求解方法： 　　选择一条较理想的纸带，用平均速度代替瞬时速度的方法得到各计数点的瞬时速度。 3 2 1 0 x1 x2 x3 三、数据记录 四、数据分析 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 位置 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v/（m·s-1） ／ 0.45 0.60 0.74 0.89 1.03 1.19 实验测得一组数据如下 你能否从表格中的数据看出小车速度随时间变化的定量关系？ 数据分析的两种办法：1、列表法。2、图像法（v - t 图像） 在表格中我们只能粗略得知纸带在有些间断点的速度，要想形象的了解纸带的速度变化规律我们还要借助于图象。 四、数据分析 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.2 1.0 0.8 0.6 0.4 v/(m·s-1) 建立坐标系（横坐标时间,纵坐标瞬时速度）从点的分布看：这些点应该在一条直线上。 画出一条直线，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。 做 v-t 图像： 1、图像特点：直观、形象 2、作图步骤 四、数据分析 21 你能描述小车速度随时间变化的规律吗？ 1、小车的速度随时间的增加而均匀增加 2、小车速度随时间逐渐增大； 相同时间里，速度增量相同…… 3、小车 v-t 图线是一条斜直线 四、数据分析 问题1：描出的点并非全分布在一条直线上，我们为什么用一条直线拟合这些点？ 实验中产生误差是不可避免的，所以得到的点不可能严格地处在一条直线上，会有偏差。我们可以这样认为，如果没有误差，这些点都分布在一条直线的概率非常大。所以我们选择用直线拟合这些点。 四、数据分析 1.系统误差 (1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀． (2)电源的频率不稳定带来误差. 2．偶然误差 (1)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． (2)作v-t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差． 画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，若某些点明显偏离直线，可能是操作失误造成的，作图时可以不考虑这个点。 四、数据分析 问题2：某些点偏离直线，可能是什么原因，怎样处理？ 五、注意事项 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置；滑轮不能过高,细绳应与木板平行; 2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器; 3.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源; 五、注意事项 4.实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它，防止小车从板上掉下来; 5.小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而使误差增大; 6.打点结束后立即关闭电源. 五、注意事项 六、典例练习 【典例】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50Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选择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。回答下列问题 (1)则相邻两个计数点间的时间间隔是________s (2)由纸带提供的数据求出打下点C时小车的速度， 填入下表： 计数点序号 B C D E 对应的时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 小车的速度v/（m·s－1） 0.25 ____ 0.45 0.55 六、典例练习 (3)根据表中的数据，在图中作出小车运动的v－t图像： (4)根据作出的v－t图线可得小车运动的加速度为________m/s2。（结果保留小数点后两位） 七、课堂总结 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 七、课堂总结 1 3 2 4 实验原理 实验仪器 实验步骤 数据分析 1.利用纸带计算瞬时速度; 2.v-t图象表示小车的运动; 打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸、固定夹。 （1）v-t 图像是一个理想化的运动模型 （2）小车的速度随时间均匀变化 八、练习与应用 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 1.为研究实验小车沿斜面向下运动的规律，把打点计时器纸带的一端固定在小车上，小车拖动纸带运动时，纸带上打出的点如图所示。 八、练习与应用 (1)某同学用以下方法绘制了小车运动的图像。先把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间。最后将纸条上端中心连起来，于是得到图像。请你按以上办法（用一张薄纸压在图上，复制得到纸带）绘制这个图像。 (2)这样做有道理吗？说说你的看法。 八、练习与应用 (2)因为剪断的纸带所用的时间都是t=0.1s，即时间t相等，所以纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比；而此段纸带的平均速度等于这段纸带中间时刻的速度，最后得出结论纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比，还等于各段纸带中间时刻的速度之比，即纸带的高度之比等于中间时刻速度之比。因此该做法是合理的。 八、练习与应用 2．列车沿长直坡路向下行驶。开始时速度表上的示数是54，以后每5s读取一次数据，见表 列车速度表 时间 0 5 10 15 20 25 30 速度 54 59 65 70 76 81 86 速度 (1)在表中填写以为单位表示的速度值。 (2)作出列车速度与时间关系的图像。 15  16.4  18.1 19.4 21.2 22.5 23.9 九、提升训练 第1节 实验探究小车速度随时间变化的规律 九、提升训练 1．（25-26高一上·山东聊城·期末）如图所示，在气垫导轨上安装有两个光电计时装置、，、间距离为，为了测量滑块的加速度，在滑块上安装了一个宽度为的遮光条，现让滑块加速通过计时装置A、B，记录遮光条通过A、B的时间分别为、，滑块从A到B所用时间为。下列说法正确的是（　　） A．滑块通过的速度为 B．滑块通过的速度为 C．滑块在、间运动的平均速度大小为 D．滑块在、间运动的加速度为 B 九、提升训练 【详解】A．滑块通过A的速度 ，故A错误； B．滑块通过B的速度 ，故B错误； C．A、B间的平均速度 ，故C错误； D．由于遮光条通过光电门的时间远小于A到B的总时间，、对应的时间间隔近似等于，换算单位得， 由加速度定义，故D正确。 九、提升训练 2．（2026·北京昌平·二模）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） 【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 九、提升训练 3．（25-26高一上·四川南充·阶段检测）某同学在做“测量直线运动物体的瞬时速度”的实验中，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知电火花打点计时器使用的电源频率为，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离如纸带上所示。 (1)为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交流电源、小木块、长木板外，还需要的仪器有（     ） A．刻度尺 B．铁架台 C．秒表 D．天平 A 九、提升训练 (2)可以从打点计时器打出的纸带上直接测量得到的物理量是______（选填正确的答案标号）； A．位移 B．速度 C．加速度 D．平均速度 (3)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、5、6这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点5时小车的速度______（结果保留2位有效数字）； A 相邻两计数点间的时间间隔为 打下计数点5时小车的速度为 九、提升训练 (4)以速度ⅴ为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表中的v、t数据，在坐标系中描点，并作出小车运动的图像： 计数点 1 2 3 4 5 6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.36 0.44 0.44 0.49   0.57 (5)根据v-t图像可知，小车运动的加速度大小为______（结果保留2位有效数字）。 九、提升训练 $