高中物理人教版（2019）必修1：2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案

1、 PAGE 11【标题】第二章匀变速直线运动的研究第一节实验二：探究小车速度随时间变化的规律解读课程学科素养课标要点核心素养1进一步练习使用打点计时器2能从纸带上获取实验数据计算各点的瞬时速度3学会用图像法处理实验数据，并能根据vt图像描述小车运动速度随时间变化的规律1体会图像法在研究物理问题中的重要性（科学思维）2探究小车速度随时间变化的规律（科学探究）3初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用（科学态度与责任）预习新知自主学习一、实验器材打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸二、实验原理1纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间

2、内的平均速度代替2用描点法画出小车的vt图像，图线的斜率表示加速度，如果vt图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的三、实验步骤1如图所示，把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路2把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面3把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，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串小点，随后立即关闭电源换上新纸带，重复操作两次细绳和纸带要与木板平行，保证小车运动的加速度不变；小车要靠近打点计时器以及先打点后

3、释放小车，保证纸带上打出足够多的点四、数据处理1挑选纸带并测量在三条纸带中选择一条点迹最清晰的为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点（0点），每5个点（相隔01 s）取一个计数点进行测量，如图所示（相邻两点间还有4个点未画出）2瞬时速度的计算和记录（1）计算方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即vnxn+xn+12T例如，图中计数点4的速度v4x4+x52T，其中T01 s计算某一时刻的瞬时速度可用公式vnxn+xn+12T计算，但由于实验误差的存在，采用不同时间段求解同一点的瞬时速度的值是不同的但所取时间间隔越小，则平均

4、速度越接近中间时刻的瞬时速度所以图中计数点4的速度用v4x4+x52T，比用v4x3+x4+x5+x64T计算更好（2）设计表格并记录相关数据位置01234567时刻t/s001020304050607v/（ms1）3作出小车运动的vt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点的位置（3）连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点4分析图像得规律如果画出的vt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根据avt求出小车的加速度五、注意事项1纸带和细绳要和木板平行，小车运动要平稳开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器2先接通电源，

5、等打点稳定后，再释放小车3打点完毕，立即断开电源4选取一条点迹清晰的纸带，舍弃开头点迹密集部分，适当选取计数点（注意计数点与计时点的区别），弄清楚所选的时间间隔T等于多少一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为T0025 s01s5在坐标纸上画vt图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量布满坐标纸6利用描出的点作vt图像时，不要将相邻的点依次相连成折线，而应使大多数点在直线（或曲线）上，不在线上的点均匀分布在直线（或曲线）两侧，个别离线较远的点舍去探究知识提升素养 知识点1对实验原理和实验操作的考查考向例题考向实验操作与注意事项【例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，

6、某同学进行了以下实验操作步骤，试找出其中错误和遗漏的步骤（遗漏步骤已编上序号G）A拉住小车，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，再接通电源B将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，并接好电路C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码D取下纸带，再断开电源E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔F从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析错误和遗漏：（1）；（2）；（3）G；正确的步骤顺序为【解析】拉住小车，将小车移到靠近打点计时器的一端后，为了保证纸带上打出足够多的点，应先接通电源，再放开小车；实验结束后，要先断开电源，再取下纸带【答案】（1）A中应先接通电源，再放

7、开小车（2）D中应先断开电源，再取下纸带（3）换上新纸带，重复操作两次BECADGF即时巩固1（多选）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，我们使用了打点计时器，关于打点计时器使用及打出的纸带经测量的实验数据的处理，下列叙述正确的有（）A一定要使用电磁打点计时器，因为电火花计时器需220 V交流电，不安全B要从打出的几条纸带中选择一条点迹清晰且各点排成一条直线的纸带进行测量，测量时还要舍掉开头一些过于密集的点迹，必要时应该选取计数点进行测量C实验时一定要先启动打点计时器，后释放（或拉动）纸带D可以采用作vt图像的方法来处理数据，是哪种运动便一目了然【解析】该实验可以使用电磁打点计时器也可以

8、使用电火花计时器，A选项错误；纸带选取的原则是所打点要清晰而且在一条直线上，为了减小实验误差，可以每隔几个点作为一个记数点，故B选项正确；实验时一定要先启动打点计时器，后释放（或拉动）纸带，C选项正确；图像法处理数据更直观，D选项正确【答案】BCD 知识点2实验数据处理考向例题考向数据处理及分析【例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一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），相邻计数点间的时间间隔T01 s（1）根据计算各点的瞬时速度，则vDm/s，vCm/s，vBm/s（2）在如图所示坐标系中画出小车的vt图线，并根据图线求出a

9、（3）将图线延长与纵轴相交，交点的物理意义：【解析】（1）若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度D点的瞬时速度vDxCE2T78.000.2 cm/s390 cm/s390 m/sC点的瞬时速度vCxBD2T52.800.2 cm/s264 cm/s264 m/sB点的瞬时速度vBxAC2T27.600.2 cm/s138 cm/s138 m/s（2）由上述数据画出小车的vt图像如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度avt1.26m/s0.1s126 m/s2（3）将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小【答案】（1）某段较短时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速

10、度390264138（2）图像见解析图126 m/s2（3）表示小车经过A点的速度大小方法技巧：（1）处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔T（2）利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度（3）标度的选择要结合数据及其分布特点制定，以使图像在坐标系中合理分布，大小适中即时巩固2在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度，为了计算加速度更准确，合理的方法是（）A根据任意两计数点的速度用公式avt算出加速度B依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度C根

11、据实验数据画出vt图像，量取其倾角，由公式atan 求出加速度D根据实验数据画出vt图像，由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式atan 算出加速度【解析】在处理实验数据时，如果只使用其中两个数据，由于偶然误差的存在可能会造成最后误差较大，故A错误；依据加速度公式，则有a1v2-v1t、a2v3-v2t、a5v6-v5t，然后算出平均值a，求平均值时，av6-v15T，只用了v6和v1两组数据，偶然误差较大，故B错误；根据实验数据画出vt图像，当纵坐标取不同的标度时，图像的倾角就会不同，所以量出其倾角，用公式atan 算出的数值并不是加速度，故C错误；因为在物理图像中，两坐标的分度可以

12、任意选取，根据同一组数据，在不同的坐标系中，可以做出倾角不同的图像而物体的加速度是一个定值，因此只有在同一坐标系中，才能通过比较倾斜程度的方法，比较加速度的大小，但不能用tan 计算加速度方法D只有利用实验数据画出的vt图像，才能充分利用各次的数据减小偶然误差，故D正确【答案】D基础性达标作业1在使用打点计时器时应注意（）A使用直流电源，应先接通电源，再使纸带运动B使用交流电源，应先接通电源，再使纸带运动C使用直流电源，应先使纸带运动，再接通电源D使用交流电源，应先使纸带运动，再接通电源【解析】打点计时器采用交流电源，实验过程中应先接通电源，后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处

13、理和减小误差，B选项正确【答案】B2在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是（）A小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带，然后进行数据处理B为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点C为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点D两相邻计数点间的时间间隔必须是01 s【解析】小车在钩码的牵引下运动时，需要采用多次测量，打出多条纸带，进行数据处理，有利于减小误差，故A错误；纸带上开始时打的点比较密集，点距过小，测量误差较大，故应舍去，找一个适当的点当作计时起点，故B错误，C正确；选取计数点，可增加测量距离，减小测量过程所产生的误差，两相邻计数点

14、间的时间间隔不一定取01 s，故D错误【答案】C3（多选）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用纸带上的数据得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，以时间t为横轴建立直角坐标系某次实验中某同学描出的点如图所示在直角坐标系上一共描出了10个点下列探究有道理的是（）A这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的vt图像不可能为一条直线，而应为一条平滑的曲线B这10个点中有8个点虽然不完全在一条直线上，但它们紧挨在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线太远，可以表示小车运动的规律C在10个点当中只有4个点能画在一条直线上（A、D、G、I），有六个点不在该直线上，这条直线肯定不能表示

15、小车运动的规律D与直线偏差较小的点（C、E、H、J）可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点（B、F）则可能是实验中出现错误造成的【解析】小车做直线运动，但由于实验存在误差，所以这10个点中有8个点不可能完全在一条直线上，但紧挨在一条直线附近，用倾斜直线进行连接，这条直线通过大部分的点，不在直线上的点在两侧分布均匀，此条直线可表示小车运动的规律，A、C两项错误，B选项正确；直线通过大多数的点，与直线偏差较小的点（C、E、H、J）可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点（B、F）则可能是实验中出现错误造成的，D选项正确【答案】BD4（多选）一只小球在水平桌面上做匀减速直线运动，用照相机对着小

16、球每隔01 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110，则（）A图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是2 m/sB图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是16 m/sC图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是25 m/sD图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2 m/s【解析】小球在通过8 cm距离内的平均速度vxt81040.1 cm/s200 cm/s2 m/s，A对，B错；小球通过6 cm处的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vxt410cm20.1s200 cm/s2 m/s，C错，D对【答案】AD5某同学按图所示装置

17、做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验（1）图中仪器A叫做计时器，使用220 V电源（选填“交流”或“直流”），释放小车前，小车应停在（填“靠近”或“远离”）仪器A的位置（2）使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A松开纸带让物体带着纸带运动B穿好纸带C把计时器固定好D接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是【解析】（1）题图中仪器A叫做电火花计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器；（2）使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是

18、CBDA【答案】（1）电火花交流靠近（2）CBDA6在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，电火花计时器使用的交流电源频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择标为06的计数点，相邻两个计数点间还有四个计时点未画出，纸带旁边并排放着毫米刻度尺，零刻度点跟0计数点对齐，请你根据放大的图片计算出2和4两个计数点的速度v2、v4，然后根据数据作图（本题所有数均保留2位有效数字）v1015 m/s，v2m/s，v3027 m/s，v4m/s，v5039 m/s，根据图像可求得小车加速度am/s2【解析】根据刻度尺的读数规则读出对应点的距离，注意估读到最小刻度的下一位，读数为120 cm、540 cm、1200 cm、1620 cm根据直线运动中一段时间内的平均速度可以近似表示瞬时速度求出打2、4点时小车的瞬时速度大小，v20.054 0-0.012 020.1 m/s021 m/s，v40.120 0-0.054 020.1 m/s033 m/s，用描点法作出vt图像，如图所示：vt图像的斜率表示加速度大小，avt060 m/s2【答案】0210330607在“探究小车速度