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

第二章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

第二章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 导学案（教师版）

人教版高中物理必修第一册

【学习目标】

1. 理解实验的设计思路，掌握打点计时器的使用方法，形成匀变速直线运动的物理观念

2. 会运用平均速度法计算瞬时速度，掌握v-t图像的绘制与分析方法，提升科学思维能力

3. 能独立完成实验操作与数据处理，经历科学探究的完整过程，提高实验探究能力

4. 养成严谨规范的实验习惯，认识实验在物理研究中的重要作用，树立科学态度与责任

【学习重难点】

重点：瞬时速度的计算、v-t图像的绘制与加速度的求解

难点：v-t图像的拟合与物理意义分析、实验误差的初步认识

【学习过程】

一、知识纲要导引

请同学们回顾本节内容，尝试完成以下知识框架：

探究小车速度随时间变化的规律

├─ 实验思路

│ ├─ 实验方案：槽码牵引小车运动

│ └─ 测量物理量：位移（刻度尺）、时间（纸带）

├─ 实验装置与器材

├─ 实验操作步骤

├─ 数据分析

│ ├─ 瞬时速度计算：平均速度近似法

│ └─ v-t图像绘制与分析

├─ 实验结论：匀变速直线运动加速度不变

└─ 实验注意事项

 

二、基础导学

（一）实验思路与装置

1. 实验中通过刻度尺测量位移，通过纸带获取时间，从而研究小车速度随时间的变化规律。

2. 实验器材除打点计时器、交流电源、纸带、长木板、小车、细绳、槽码外，还需要的测量工具是刻度尺和坐标纸。

（二）实验操作

1. 实验开始时，应使小车靠近打点计时器，先启动打点计时器，再放开小车，打点完成后立即关闭电源。

2. 实验中需要更换纸带，改变槽码质量或小车上重物，重复实验两次，以获取多组数据。

（三）数据分析

1. 计算计数点瞬时速度的方法是：某计数点的瞬时速度近似等于该点相邻两计数点间的平均速度，公式为vn=。

2. 若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点（中间隔4个点），则相邻计数点的时间间隔T=0.1 s。

3. 绘制v-t图像时，应用一条直线拟合数据点，使尽可能多的点在直线上，不在线上的点均匀分布在直线两侧，偏差大的点可忽略。

（四）实验结论与注意事项

1. 小车的v-t图像是一条倾斜直线，说明小车的加速度保持不变，做匀变速直线运动。

2. 测量位移时，应尽可能一次测量完毕，统一量出各计数点到计时起点的距离，以减小误差。

三、判断正误

1. 实验时应先放开小车，再接通打点计时器的电源。（×）

2. 相邻两个计数点间的时间间隔一定是0.02 s。（×）

3. 某点的瞬时速度可以用包含该点的一小段时间内的平均速度来近似代替。（√）

4. 作v-t图像时，偏离直线较远的点也必须全部连在图线上。（×）

5. 小车的v-t图像是倾斜直线，说明小车的速度随时间均匀变化。（√）

四、典例示范与训练

例1　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50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图甲所示，在纸带上选取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。

(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表。

 

(2)根据上表中的数据，在图乙中作出小车运动的v-t图线，分析可知小车速度随时间变化的规律为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)根据作出的v-t图线可得小车运动的加速度为　　　　 m/s2。 

答案　(1)0.35　0.55　(2)见解析图　小车的速度随时间均匀增加　(3)1.0

解析　(1)取某计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，近似等于该点的瞬时速度，则

vC===×10-2 m/s=0.35 m/s

vE===×10-2 m/s=0.55 m/s

(2)小车运动的v-t图像如图所示

小车运动的v-t图像是一条倾斜向上的直线，说明小车的速度随时间均匀增加。

(3)由v-t图像的斜率表示小车的加速度，可得加速度a== m/s2=1.0 m/s2。

例2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。

(1)某同学用以下方法绘制小车运动的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。

(2)这样做有道理吗？说说你的看法。

答案　见解析

解析　(1)如图所示