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

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

教学目标

1. 知道实验原理，会用打点计时器记录小车的运动信息。

2. 会处理纸带，计算各计数点的瞬时速度。

3. 会作 v-t 图像，分析小车速度随时间变化的规律并求加速度。

4. 体会实验探究、数据处理和误差分析的方法。

教学重难点

· 重点：纸带数据处理求瞬时速度；v-t 图像的描绘与分析；由图像求加速度。

· 难点：用平均速度近似代替瞬时速度；图像法处理数据及误差分析。

【知识整理】

一、实验原理

1. 打点计时器每隔______s打一个点，纸带上的点记录了小车在不同时刻的______。

2. 纸带上两点间的距离表示小车在这段时间内的______。

3. 某计数点的瞬时速度可用包含该点的一小段位移内的______速度近似代替，即 。

4. 以______为横轴、为纵轴作 v-t 图像，若图像为，说明小车速度随时间均匀变化。

二、实验思路

1. 用______记录小车的运动时间和位移。

2. 通过纸带求出各计数点的______。

3. 作 v-t 图像，分析速度随时间变化的______。

三、实验器材

电磁打点计时器（或电火花计时器）、学生电源、、、长木板、小车、细绳、槽码、导线等。

四、实验步骤

1. 将打点计时器固定在长木板______的一端，纸带穿过______。

2. 把小车停在______打点计时器的位置，先______，后______。

3. 小车运动时拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列______。

4. 断开电源，取下纸带，换上新纸带，______实验。

5. 选择点迹______的纸带，舍去开头______的点。

6. 每5个计时间隔取一个计数点，则相邻计数点时间间隔 T=______s。

7. 用______测量各计数点间距离并记录。

五、数据分析

1. 用公式 vn=______计算各计数点瞬时速度。

2. 以______为横轴，______为纵轴建立坐标系，描点并连线。

3. 若 v-t 图像是一条______，说明小车做______运动；图像的______表示加速度。

4. 由图像可求加速度 a=______。

六、误差分析

1. 纸带测量时存在______误差。

2. 电源频率不稳定会导致______误差。

3. 纸带与限位孔间摩擦、小车与木板间摩擦等会产生______误差。

4. 作 v-t 图像时描点、连线不准确会产生______误差。

七、随堂练习

1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：

(1)常用的打点计时器有电磁式和电火花式两种，它们都必须使用_________（填“直流”或“交流”）电源才能工作，电火花打点计时器的工作电压为_________（填“”或“”）；如果使用的电源频率为，则打相邻两点的时间间隔为_________。

(2)在此实验中：除电磁打点计时器（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)下列做法正确的是_________。

A．先使纸带运动，再接通电源

B．先接通电源，再使纸带运动

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

(4)某次实验打点计时器使用的电源的频率为，用如图1所示的装置，打出的一条纸带如图2所示，其中为计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。打点计时器在打出、这两点的时间间隔内，小车运动的平均速度大小是_________，打下点时小车的瞬时速度大小为_________。（结果均保留2位有效数字）

2．某物理兴趣小组利用气垫导轨测定滑块的加速度。滑块上安装了宽度为d的遮光板，如图所示，滑块在牵引力的作用下先后匀加速通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为，通过两个光电门的时间间隔为t。

(1)滑块经过第一个光电门时的速度大小_________，滑块经过第二个光电门时的速度大小__________

(2)为了减小误差，可采取的方法是

A．增大遮光板的宽度 B．减小遮光板的宽度

C．增大两光电门的间距 D．减小两光电门的间距

3．某小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律，请回答以下问题：

(1)除了图甲中已有的器材外，要完成实验还需要的器材有__________；

A．220 V交流电源 B．4-6 V交流电源 C．刻度尺 D．天平

(2)处理数据时，选出一条如图乙所示的纸带，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离，相邻两计数点间还有4个点没有画出，打点计时器的电源频率为50 Hz。根据纸带上的数据，计算打下、、、、点的瞬时速度并填在表中，点的瞬时速度为__________；（结果保留三位有效数字）