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

第二章 匀变速直线运动的研究 实验：探究小车速度随时间变化的规律 会用v-t图像处理实验数据，并会计算小车的加速度。 2 3 1 重点 进一步练习使用打点计时器。 会测量小车的瞬时速度。 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？ 行星的运行 钱塘江大潮 C919起飞 导入 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。 这一节我们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。 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？ 选用什么器材？ 又要测量哪些物理量？ 一、实验思路 1.实验方案：槽码牵引小车在长木板上运动。 2.物理量的测量 位移：用刻度尺测量； 时间：由纸带获取。 3.通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化的规律。 二、实验装置 打点计时器(带导线)、 、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、 、复写纸、坐标纸。 交流电源 刻度尺 三、进行实验 1.在长木板上固定打点计时器，并使滑轮伸出桌面，连接电路。让小车停在 打点计时器的位置，安装好纸带，连接细绳和槽码。 靠近 2.先 ，后 ，打点完成后 ，观察纸带的点迹是否清晰。 3.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。 启动计时器 放开小车 立即关闭电源 四、数据分析 1.求解并记录各计数点的瞬时速度 (1)取某计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度( 注意估读、单位以及有效数字)。 v1=，v2=，… T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交变电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T= s。 0.1 (2)把各计数点的瞬时速度填入表中标有“vⅠ ” 的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度分别填入表中标有“vⅡ” 和“vⅢ” 的两行内。 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   vⅠ/(m·s-1)                 vⅡ/(m·s-1)                 vⅢ/(m·s-1)                 …                 2.作出v-t图像 通过尽可能多的点 均匀分布在线两侧 (1)在坐标纸上建立坐标系，描出数据点， (2)用一条平滑曲线(包括直线)“拟合”这些点，让这条线________________ , 不在线上的点 ，偏差比较大的点忽略不计。 五、实验结论 小车运动的v-t图像是 ，即小车运动的加速度 。 一条倾斜的直线 不变 六、注意事项 1.开始放开小车时，应使小车 打点计时器。 2.先 ，等打点稳定后，再放开小车。 3.打点完毕，立即 。 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.不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。 6.在坐标纸上作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。 靠近 启动打点计时器 关闭电源 (2024·枣庄市高一期末)(1)在“用打点计时器测速度”的实验中，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”)，它们是每隔　　　 s打一个点。 例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。 交流电 0.02 (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 需要使用电压合适的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。 AC (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 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，A错误，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。 BD   vB vC vD vE vF 数值/(m·s-1) 　   　   　   0.640 0.721 某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。相邻两个计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s。 例2 (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入表格(计算结果均保留三位有效数字)； 0.400 0.479 0.560 分别用对应时间段的平均速度表示中间时刻的瞬时速度，可得 vB== m/s=0.400 m/s vC== m/s=0.479 m/s vD== m/s≈0.560 m/s (2)以A点为计时起点，将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线；并说明小车速度变化的特点：　　　　　　　　　　　　　。 答案　见解析图 小车的速度随时间均匀增大 v-t图线如图所示。   v-t图线为斜率为正的倾斜直线，说明小车的速度随时间均匀增大。 (来自教材)为研究小车沿斜面向下运动的规律，把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。 (1)某同学用以下方法绘制小车的v-t图像。先把纸带每隔0.1 s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条由短到长并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为横轴，标出时间(表示时间轴)。最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t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。 例3 答案　见解析 如图所示 (2)这样做有道理吗？说说你的看法。 答案　见解析 有道理。因为剪下的纸条长度表示0.1 s时间内位移大小Δx，这些纸带构成上述所示的直方图。小车运动速度大小近似认为v =，由于v∝Δx，所以纸带长度反映了小车运动速度的大小。 返回 用纸带的段数表示时间(横轴)，用纸带的长度表示速度(纵轴)，体现了等效的思想，这是一种利用图像处理数据的方法。 总结提升 变式训练1.(多选)关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，下列说法中正确的是 A.打点计时器必须接交流电源 B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端 C.应先启动电源，待打点稳定后再释放小车 D.牵引小车的槽码个数越多越好 √ √ √ 变式训练2.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于减小实验误差来说，下列方法中有益的是 A.选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位 B.使小车运动的速度尽量小些 C.舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分 进行测量、计算 D.适当增加挂在细绳下槽码的个数 √ √ √ 实验思路 探究小车速度随时间变化的规律 实验装置 进行实验 数据分析 实验结论 注意事项 槽码牵引小车运动，通过纸带计算分析小车速度的变化情况 安装实验器材，换不同槽码打不同纸带 列表法，图像法 v-t图像为倾斜直线，小车运动的加速度不变 操作步骤注意事项 数据处理注意事项 课时对点练 1.运动物体拉动穿过打点计时器的纸带,纸带上打下一系列小点,打点计时器打下的点直接记录了( A ) A.物体运动的时间 B.物体在不同时刻的速度 C.物体在相邻相同时间内的速度变化 D.物体在不同时间内的位移 2.(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作v-t图像的说法中，正确的是( BD ) A.只要确定了v-t图像中的两点，就可以得到小车运动的v-t图像，因此，实验只需要测出两组数据 B.作v-t图像时，所取的点越多，图线就越准确 C.作出的v-t图线应该通过所有的点，图线弯曲也可以 D.对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去 3.某人用打点计时器做探究小车速度随时间变化的规律的实验,利用打出的一条纸带画出了小车速度随时间变化的图像,如图所示。下列说法正确的是( C ) A.当电源频率为50 Hz时,打点计时器每隔0.05 s打一个点 B.小车做匀速直线运动 C.小车在t=0.02 s时的速度大小是0.04 m/s D.小车的加速度大小为0.04 m/s2 4.粗糙水平桌面上,小球正在做减速直线运动,用照相机对着小球每隔0.1 s拍照一次,得到一幅频闪照片,用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示,已知照片与实物的比例为1∶10,则( D ) A.小球在通过图中8 cm对应的距离内的平均速度是0.2 m/s B.小球在通过图中8 cm对应的距离内的平均速度是1.6 m/s C.小球通过图中6 cm对应处的瞬时速度是2.5 m/s D.小球通过图中6 cm对应处的瞬时速度是2 m/s 5.如图所示,在气垫导轨上安装有两个光电门A、B,A、B间距离为l=30 cm。在滑块上安装一宽度为d=1 cm的遮光条,让滑块以某一加速度通过光电门A、B,记录了遮光条通过两光电门A、B的时间分别为0.010 s、0.005 s,滑块从光电门A到光电门B的时间为0.200 s。则下列说法正确的是( C ) A.滑块经过光电门A的速度为1 cm/s B.滑块经过光电门B的速度为2 cm/s C.滑块的加速度为5 m/s2 D.滑块在光电门A、B间的平均速度为3 m/s 6.某次实验中,电磁打点计时器所用电源的频率为50 Hz,记录的纸带如图所示,图中O点为纸带的第一个点,接下来的几个点模糊,因此从A点开始每打五个点取一个计数点。 (1)电磁打点计时器使用的电源是 8V (选填“8 V”或“220 V”)交变电源。 (2)推测纸带的运动是 加速 (选填“加速”或“减速”)运动。 (3)在A、F两点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是 0.365 m/s。 (4)纸带打B点时的瞬时速度为 0.252 m/s。 7.一小球在桌面上从静止开始做加速运动,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,并将小球的位置编号。如图所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从1位置到6位置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= 0.12 m/s,v4=0.18 m/s,v5= 0.24 m/s。在图中作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹)。 8.图甲是某位同学做探究小车速度随时间变化的规律的实验时得到的一条理想的纸带,在纸带上共取了A、B、C、D、E、F、G七个计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,从每一个计数点处将纸带剪开分成六条(分别叫a、b、c、d、e、f),将这六条纸带按时间先后顺序紧靠但不重叠地粘在坐标系中,得到如图乙所示的直方图,最后将各纸带上端中心连起来,于是得到表示y-x关系的图像。已知打点计时器的工作频率为50 Hz。为表示v-t关系,图中x轴对应时间t,y轴对应速度v。 (1)这种实验数据处理的方法可称为 B 。 A.类比法 B.等效替代法 C.比值法 D.控制变量法 (2)若纸条c的长度为5.00 cm,则图中t3= 0.25 s,v3= 0.50 m/s。(保留两位有效数字) 甲 乙 9.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,已知电火花计时器使用的电源频率为50 Hz,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、低压交变电源、小木块、长木板外,还需要的仪器有 A 。 A.刻度尺 B.铁架台 C.秒表 D.天平 (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 AE (选填正确的答案标号)。 A.位移 B.速度 C.加速度 D.平均速度 E.时间 (3)根据纸带提供的信息,该同学已经计算出了打下1、2、3、4、6这五个计数点时小车的速度,请帮他计算出打下计数点5时小车的速度v5= 0.53 m/s(结果保留2位有效数字)。 (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v-t图像。 10.一小球在桌面上从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。如图甲所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同，小球从1位置到6位置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=0.12 m/s，v4=0.18 m/s，v5=0.24 m/s。在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹)；根据图像可求出加速度a=0.12 m/s2(结果均保留两位有效数字)。 Lavf59.27.100 计数点 1 2 3 4 5 6 t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v/(m·s-1) 0.36 0.40 0.44 0.49 0.57 $