2025-2026学年高一物理（人教版2019）导学案必修一学习讲义08第二章1-实验探究小车速度随时间变化的规律

1．实验：探究小车速度随时间变化的规律[实验目标]1．利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律。2．会用图像法处理实验数据。1．实验原理(1)利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝xn+xn+12T，即用以n(2)用描点法作出小车的vt图像，根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动。(3)利用vt图像求出小车的加速度。2．实验器材打点计时器、一端带有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源。3．实验步骤(1)如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。(2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，下端挂上槽码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。(3)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一行小点。(4)换上新的纸带，重复实验两次。(5)增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。4．数据处理(1)表格法①从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点作为计时起点(0点)，之后依次每五个点取一个计数点，并标明1，2，3，4，…，如图所示。②依次测出01，02，03，04，…的距离x1，x2，x3，x4，…填入表中。位置编号123456长度x1x2x3x4x5x6各段长度时间间隔v/(m·s1)③1，2，3，4，…各点的瞬时速度分别为：v1＝x22T，v2＝x3−x12T，v3＝x4④根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。(2)图像法①在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。②画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。③观察所得到的直线，分析小车的速度随时间的变化规律。④根据所画vt图像求出小车运动的加速度a＝Δv5．误差分析(1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。(2)纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。(3)作vt图像时单位选择不合适或作图不准确带来误差。6．注意事项(1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。(2)先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。打点完毕，立即断开电源。(3)选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔t的大小。(4)要防止槽码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。(5)要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为t＝0.1s。(6)在坐标纸上画vt图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。类型一实验原理与操作【典例1】某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花计时器使用的是频率为50Hz的交流电源。(1)电火花计时器的工作电压为________(选填“8V”或“220V”)。(2)下列说法正确的是________。A．实验时，先释放纸带，再接通电源B．实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带C．实验时，先接通电源或先释放纸带都可以D．纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越大(3)实验所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。x1＝3.59cm，x2＝4.41cm，x3＝5.19cm，x4＝5.97cm，x5＝6.78cm，x6＝7.64cm。则打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果保留两位有效数字)[听课记录]类型二数据处理和误差分析【典例2】(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学得到如图甲所示的一条清晰纸带，纸带上两个相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02s，则相邻两个计数点间的时间间隔为________s。其中x1＝7.05cm，x2＝7.68cm，x3＝8.33cm，x4＝8.95cm，x5＝9.61cm，x6＝10.26cm。如下表列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度。位置BCDEF速度/(m·s1)0.7370.8010.9280.994(2)以A点为计时起点，在图乙所示坐标系中作出小车的速度—时间关系图线。(3)计算出的小车的加速度a＝________m/s2。[听课记录]类型三创新实验设计【典例3】在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。(1)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图甲所示，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条，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＝0.20s，通过第二个光电门的时间Δt2＝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＝2.5s，试估算滑块的加速度a2＝________m/s2(保留两位有效数字)，该估算值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。(2)某学习小组为了研究小球在桌面上的直线运动规律，使用智能手机的连拍功能测量小球的运动。如图乙所示，实验时，保持桌面水平，用手向左轻轻地推一下小球，在小球向左运动过程中，用智能手机的连拍功能记录不同时刻小球的位置。图中记录了小球在桌面上连续6个像的位置(已知智能手机连拍时30s内共能拍下46个相片。图中所标数据单位为mm)。(结果均保留两位有效数字)①由图乙可知，小车在桌面上向左做________运动。②智能手机连拍两张照片的时间间隔是________s。③由图乙中测得的数据计算，小球运动到M点位置时的速度大小为________m/s。[听课记录]第二章匀变速直线运动的研究1．实验：探究小车速度随时间变化的规律[探究重构·关键能力达成]典例1解析：(1)电火花计时器的工作电压为220V。(2)实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带，故A、C错误，B正确；因为打点时间间隔一定，所以纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越小，故D错误。(3)相邻两个计数点间的时间间隔为T＝5×150s＝0.1s打点计时器在打B点时小车的速度vB＝x1＋x22T＝0.40答案：(1)220V(2)B(3)0.40典例2解析：(1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.10s。根据某点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替，可知vD＝x3＋x42×5T＝0.0833＋0(2)小车的速度—时间关系图线如图所示。(3)在vt图像中，图线的斜率表示加速度，则a＝ΔvΔt≈0.64m/答案：(1)0.100.864(2)见解析图(3)0.64(0.63~0.65均可)典例3解析：(1)遮光条宽度d＝2.0cm遮光条通过第一个光电门的速度v1＝d通过第二个光电门的速度v2＝d滑块的加速度a2＝v2−v1t＝0.12光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光片通过光电门的速度可以用平均速度代替，真实速度为遮光片前边缘到达光电门中心的瞬时速度，显然测量的速度偏大，故测得的加速度偏大。(2)①由题图乙可知，向