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

该高中物理导学案围绕“探究小车速度随时间变化的规律”展开，通过课前预习明确打点计时器计时原理、瞬时速度求解方法及实验器材，为实验操作和数据处理搭建学习支架，衔接从原理理解到规律探究的知识脉络。 资料亮点在于学习目标融合物理观念、科学探究、科学思维等核心素养，实验步骤强调规范操作与误差分析，数据处理指导计数点选取及v-t图像绘制，当堂检测题针对性强。助力学生提升实验探究能力，培养严谨科学思维，深化对匀变速直线运动规律的理解，适合教师教学与学生自主学习。

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 导学案 教材版本：人教版高中物理必修第一册 课时：1课时 一、学习目标 1. 物理观念：熟练掌握打点计时器的使用方法，理解利用纸带求解小车瞬时速度的原理，认识匀变速直线运动的速度变化特点。 2. 科学探究：能独立完成实验操作，规范采集实验数据，学会用描点法绘制v-t图像，探究小车速度随时间的变化规律。 3. 科学思维：掌握实验数据的处理方法，能根据v-t图像分析运动性质，理解图像斜率的物理意义，学会分析实验误差。 4. 科学态度与责任：养成规范操作、严谨记录、实事求是的实验习惯，提升物理实验探究能力。 二、学习重难点 重点：打点计时器的规范操作、纸带数据处理、绘制小车运动的v-t图像。 难点：利用匀变速直线运动规律求解瞬时速度、根据v-t图像分析速度变化规律、实验误差分析。 三、课前预习 （一）实验原理 1. 打点计时器是一种计时仪器，电源频率为50Hz时，每隔0.02s打一个点。 2. 匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即，可利用该公式求解纸带上计数点的瞬时速度。 3. 通过测量纸带上不同时刻的瞬时速度，绘制v-t图像，图像的走势可直观反映小车速度随时间的变化规律。若v-t图像为倾斜直线，说明小车做匀变速直线运动。 （二）实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器）、一端带滑轮的长木板、小车、纸带、细线、钩码、刻度尺、交流电源、复写纸（电磁打点计时器专用）。 （三）预习思考 1. 实验中为何要先接通电源，再释放小车？ 打点计时器工作特点：通电之后，振针 / 电火花需要一小段时间才能稳定打点。 · 如果先放小车再通电：纸带前端一段没有点，小车刚开始运动的信息丢失；打出的点很少，不利于选取足够多的点来计算速度、加速度。 · 先通电，待打点稳定后再释放小车：纸带全程都能打出点迹，可以充分利用纸带，准确采集小车运动的数据。 一句话总结：保证纸带开头就有足够的点，充分记录小车的运动。 2. 纸带上的点迹过于密集或模糊，会对实验结果产生什么影响？ ① 点迹过于密集 点间距太小。测量长度时，刻度尺的相对误差会变大。 计算瞬时速度V= /， 很小，长度测量的一点点误差，会让算出的速度、加速度误差明显增大。 ② 点迹模糊 点不清楚，很难精准确定每个点的位置，读点、量距离时判断不准，直接带来测量误差；严重时无法分辨点，这条纸带作废，不能用来计算速度和加速度。 四、实验探究过程 （一）实验步骤 1. 安装器材：将长木板平放在实验桌上，滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板远离滑轮的一端，连接好交流电源。 2. 连接装置：将纸带穿过打点计时器的限位孔，一端固定在小车尾部；用细线拴住小车，细线跨过滑轮，下端悬挂适量钩码，保证小车能平稳加速下滑。 3. 进行实验：将小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，待打点稳定后，再释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打出一系列点迹。小车落地前立即关闭电源。 4.重复实验：更换新纸带，重复上述操作3次，选取点迹清晰、无漏点、无重叠的纸带作为实验数据纸带。 （二）数据处理 1. 选取计数点：舍弃纸带前端密集、模糊的点，从清晰的点开始，每5个点取一个计数点，相邻计数点的时间间隔。 2. 测量位移：用刻度尺依次测量相邻计数点间的距离，记录数据。 3. 计算瞬时速度：利用中间时刻瞬时速度等于平均速度的规律，计算各计数点的瞬时速度，填入表格。 计数点 0 1 2 3 4 5 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 速度v/(m·s⁻¹) 4. 绘制v-t图像 （1）建立坐标系：以时间t为横轴，速度v为纵轴，合理选取坐标轴刻度。 （2）描点：根据表格数据，在坐标系中精准标出各坐标点。 （3）连线：用平滑直线拟合所有点，使大部分点落在直线上，偏离较远的点均匀分布在直线两侧，舍弃误差过大的异常点。 （三）实验结论 小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度随时间均匀增大，小车做匀加速直线运动。 五、重点点拨与易错警示 1. 操作核心规范 必须先通电、后放车，目的是保证纸带起始段能打出清晰点迹，充分利用纸带数据；实验结束立即断电，保护仪器。严禁先放车后通电，否则会丢失前端运动数据。 2. 计数点选取要求 不直接选用纸带上的原始点，每5个点取一个计数点，一是减小测量误差，二是统一时间间隔，方便数据计算和图像绘制。 3. 图像绘制误区 无需将所有点依次折线连接，实验存在偶然误差，需用直线拟合数据，体现整体运动规律，个别偏离过大的异常点为错误数据，应舍弃。 4. 误差分析 （1）系统误差：刻度尺读数误差、纸带与打点计时器限位孔存在摩擦、长木板不水平。 （2）偶然误差：点迹测量读数偏差、描点位置不准确、小车释放初速度不稳定。 （3）减小误差方法：多次实验取最优纸带、刻度尺对齐刻度读数、保证长木板水平、匀速释放小车。 六、课堂小结 1. 实验核心：利用打点计时器记录小车运动轨迹，通过纸带数据求解瞬时速度，绘制v-t图像探究速度变化规律。 2. 核心公式：中间时刻瞬时速度公式。 3. 实验规律：匀加速直线运动的v-t图像为倾斜直线，速度随时间均匀变化。 七、当堂检测 1．关于误差，下面说法中正确的是（　B　） A．在测量过程中不遵守测量仪器的使用规则，就会造成实验误差 B．随着科技的发展，测量的误差越来越小，但都不能避免误差 C．精心设计，不断改进实验方法，就可以避免误差 D．利用多次测量取平均值的办法可以避免误差 2．为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条。如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间Δt1为0.20s，通过第二个光电门的时间Δt2为0.05s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间t为2.5s，试估算滑块的加速度（　A　） A．0.12m/s2 B．1.2m/s2 C．0.5m/s2 D．0.16m/s2 3．物理学中常用如图所示测量装置，这个装置可以直接记录的物理量是（　C　） A．平均速度 B．瞬时速度 C．时间 D．加速度 学科网（北京）股份有限公司 $