第2章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理必修第一册学生用书（人教版）

本讲义聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，系统梳理从实验目的（练习打点计时器、用v-t图像判断运动性质）、原理（平均速度代替瞬时速度、图像分析运动性质）到器材步骤、数据处理（距离测量、速度计算、v-t图像绘制与加速度求解）的完整流程，构建匀变速直线运动研究的实践学习支架。 该资料以科学探究为核心，通过规范实验操作（如先通电再释放小车）、严谨数据处理（一次性测量距离、图像拟合）培养科学态度，结合例题（纸带速度计算、图像斜率求加速度）提升科学思维中的科学推理与模型建构能力。课中辅助教师演示实验流程，课后助力学生通过反思感悟和练习巩固技能，弥补操作与分析盲点。

第二章　匀变速直线运动的研究 1　实验:探究小车速度随时间变化的规律 一、实验思路 【实验目的】 1.进一步练习使用打点计时器. 2.利用v⁃t图像处理数据,并据此判断物体的运动性质. 【实验原理】 1.利用打点计时器所打纸带的信息,代入公式vn=中计算出速度.当时间很短时,可以用以n点为中心的一小段位移的平均速度代替n点的瞬时速度. 2.用描点法作出小车的v⁃t图像,根据图像的形状判断小车的运动性质.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、进行实验 【实验器材】 　　　　　　、一端固定有定滑轮的长木板、　　　　、纸带、细绳、槽码、　　　　　　　、导线、　　　　电源.  【实验步骤】 1.如图所示,把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　　　　　　的一端,连接电路.  2.把细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边系上槽码,把纸带一端穿过打点计时器的　　　　　,另一端固定在　　　　上.  3.把小车停在靠近　　　　　　　处,　　　　　后,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.  4.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物),更换纸带,按以上步骤重复两次. 例1 (1)在“用打点计时器测速度”的实验中,要用到打点计时器.打点计时器是一种计时仪器,其电源频率为50 Hz,常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是　　　　(选填“直流电”或“交流电”),每隔　　　　 s打一个点.  (2)在“用打点计时器测速度”的实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下面仪器和器材中,必须使用的有　　　　(填选项代号)  A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平 (3)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.将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 [反思感悟] 　     三、数据处理 【数据记录】 1.如图所示,一般不是直接测量出相邻两个计数点间的距离,而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5,再计算出相邻的两个计数点间的距离.Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x4. 2.各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替,即v1=,v2=,… T为相邻两个计数点间的时间间隔,若电源频率为50 Hz,每5个点取一个计数点(中间隔4个点),则T=0.1 s. 3.设计表格并记录相关数据 位置 1 2 3 4 5 6 7 时刻t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 v/(m·s-1) 【数据分析】 1.作出小车运动的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. (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. 2.分析数据并求出加速度 (1)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.　　　　　　　　　　表示开始计时时小车的速度——初速度.  (2)求出小车的加速度 在v⁃t图像上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点),找出它们的坐标值,然后把它们的坐标值代入公式a=中求出加速度,即用图线的　　　　求加速度.  【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.应用刻度尺一次性量出各测量点的刻度,算出各段距离,不要逐段测量. 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. 例2 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图甲所示为某次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点),相邻两计数点间的时间间隔T=0.1 s. (1)根据　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　计算各点的瞬时速度,则vD=　　　m/s,vC=　　　　m/s,vB=　　　　m/s.  (2)在如图乙所示坐标系中画出小车的v⁃t图像,并根据图像求出小车运动的加速度a= 　　　　m/s2(保留三位有效数字).若当时电网中交变电流的频率变为60 Hz,但该同学并不知道,那么做实验的这个同学测得的小车加速度的测量值与实际值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).  (3)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标的物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　.  [反思感悟] 　   【要点总结】 1.图像法处理数据应抓住的几点 2.图像法处理数据时的两点注意 (1)作图时,要用平滑曲线将这些点连起来,要让尽可能多的点分布在线上,不在线上的点均匀分布在线两侧,离线较远的点删去,注意不可用折线连接. (2)利用v⁃t图像求加速度时,应选用直线上相距较远的两个点来求直线的斜率,即加速度.不能采用量出直线的倾斜角,然后求出其正切值的方法来计算加速度,因为该倾斜角还与坐标轴的标度有关. 1.(实验原理及操作)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容.(电源频率为50 Hz) A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压　　　　(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上.  B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过　　　　　　　,并压在　　　　　下面.  C.用刻度尺测量出从计时起点到最后一个点的距离Δx. D.切断电源,取下纸带,如果共有n个清晰的点,则这段纸带记录的时间Δt=　　　　　　.  E.启动电源,然后使小车拖着纸带运动,纸带上打下一系列小点. F.利用公式v=计算纸带运动的平均速度. 则实验步骤的合理顺序是　　　　　　.  2.(频闪照相与数据处理)[2025·天津耀华中学高一月考] 一小球在桌面上由静止开始做加速直线运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置进行编号.如图所示,位置1恰对应小球刚开始运动的瞬间,即对应零时刻.摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从位置1到位置6的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3=　　　　 m/s,v4=0.18 m/s,v5=　　　　 m/s.在图中作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹).  学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章　匀变速直线运动的研究 1　实验:探究小车速度随时间变化的规律 [实验器材]　 打点计时器　小车　毫米刻度尺　交流 [实验步骤] 1.没有滑轮　2.限位孔　小车　3.打点计时器　接通电源 例1　(1)交流电　0.02　(2)AC　(3)BD [解析] (1)常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电;电源频率为50 Hz,则每隔T== s=0.02 s打一个点. (2)打点计时器需要连接电压合适的50 Hz交流电源,A正确,B错误;刻度尺用来测纸带上计数点间的距离,C正确;打点计时器就是计时仪器,不需要秒表,D错误;实验是“用打点计时器测速度”,因此不需要天平测小车的质量,E错误. (3)先释放小车,再接通电源,这样纸带利用率很低,纸带上会得到很少的数据,会产生较大的实验误差,A错误;先接通电源,待打点计时器打点稳定后再释放小车,纸带会得到充分利用,纸带上会得到更多的数据,会减小实验误差,B正确;将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处,小车会在长木板上运动更长的距离,纸带上会打出更多的计数点,从而得到更多的数据,C错误,D正确. [数据分析] 2.(1)图像和纵轴的交点的纵坐标　(2)斜率 例2　(1)打某点时的瞬时速度可用打该点时前后一小段时间内的平均速度来代替　3.90　2.64　1.38　(2)如图所示　12.6(12.3~12.8)　偏小　(3)表示零时刻打下A点时小车的速度 [解析] (1)打某点时的瞬时速度可用打该点时前后一小段时间内的平均速度来代替.打D点的瞬时速度vD===390 cm/s=3.90 m/s,打C点的瞬时速度vC===264 cm/s=2.64 m/s,打B点的瞬时速度vB===138 cm/s=1.38 m/s. (2)由(1)中数据画出小车的v⁃t图像如图所示,由图像的斜率可求得小车的加速度a==12.6 m/s2.若交流电的频率变为60 Hz,则实际打点的周期变小,计算所用Δt偏大,所以测量的加速度值与真实的加速度值相比偏小. (3)将图线延长后,与纵轴交点的纵坐标表示零时刻打下A点时小车的速度. 随堂巩固 1.交流　限位孔　复写纸　(n-1)×0.02 s　BAEDCF [解析] 电磁打点计时器应使用低压交流电源;应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔,并放于复写纸的下方;纸带上记录的时间Δt=(n-1)×0.02 s.合理的实验步骤为BAEDCF. 2.0.12　0.24　如图所示 [解析] 由图可知x2+x3=0.12 m,则v3==0.12 m/s;同理可得x4+x5=0.24 m,则有v5==0.24 m/s;其v⁃t图像如图所示. 学科网（北京）股份有限公司 $