2023-2024学年粤教版必修第一册 第一章　第四节　测量直线运动物体的瞬时速度 课件（36张）

第四节测量直线运动物体的瞬时速度CONTENTS目录新知预览·抓必备题型研析·提能力知能演练·重落实新知预览·抓必备高效学习夯基固本1一、实验目的1．了解电磁打点计时器和电火花计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用。知道数字计时器。2．理解根据纸带测量速度的原理，学会由纸带测量平均速度和瞬时速度。3．能利用v-t图像分析物体的运动。二、实验原理1．两种打点计时器(1)电火花计时器①电火花计时器使用交流电源，工作电压是220V。②电火花计时器的构造如图所示。③工作原理当计时器接通220V交流电源时，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴产生火花放电，利用火花放电在纸带上打出点迹。当电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一个点。(2)电磁打点计时器①电磁打点计时器使用交流电源，工作电压是4～6V。当电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一个点。②电磁打点计时器的构造如图所示。③工作原理：当打点计时器的线圈中通入交变电流时，线圈将产生周期性变化的磁场，振片位于磁场中被磁化，在磁场作用下做周期性振动，每次向下运动时带动振针在纸带上打下一个点，打点的时间就是振片的振动周期，等于交变电流的周期。交流电频率为50Hz时，它每隔0.02s打一个点，则纸带上相邻两点间的时间也是0.02s。测量某一位置的瞬时速度时，可以取包含这一位置在内的一小段位移s，用上述方法测出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代替纸带经过该位置的瞬时速度。如图所示，E点的瞬时速度可用D、G或C、F间的平均速度代替，但显然用D、F间的平均速度表示更精确。然而D、F两点距离过小会使测量的位移误差增大，应该根据实际情况选取。3．数字计时器及其工作原理(1)数字计时器是一个可以将采集信息的时间显示出来的仪器。(2)数字计时器的构造如图所示。(3)工作原理：数字计时器和光电门组成计时测量装置。当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时；当物体离开光电门时，数字计时器停止计时。这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度。三、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。四、实验步骤(以使用电磁打点计时器为例)1．把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。2．把电磁打点计时器的两个接线柱接到4～6V的低压交流电源上。3．接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点，随后关闭电源。4．取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么这n个点的间隔数为(n－1)，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02s。5．用刻度尺测量出这几个点间的距离s。6．把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A，B，C，D，…作为“计数点”，如图所示，依次测出O到A、A到B、B到C……之间的位移s1，s2，s3…位置ABCDEF(sn＋sn＋1)/m

v/(m·s－1)

3．利用v-t图像分析物体的运动(1)v-t图像：用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系。根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图所示的

v-t图像。(2)图像的意义：v-t图像直观地反映了物体速度随时间变化的情况，注意它不是物体运动的轨迹。六、注意事项1．如果在纸带上数出了n个点，那么，它们的间隔数是(n－1)个，它们的时间为(n－1)×0.02s。2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带。3．使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。题型研析·提能力互动探究重难突破2题型一实验原理与操作【典例1】(1)打点计时器是记录做直线运动物体的______和________的仪器。电火花计时器是其中的一种，其工作电压是________V，电火花计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50Hz时，它每隔________s打一次点。解析

打点计时器是记录运动物体时间和位移的仪器，均使用交变电源，电火花计时器的工作电压是220V，当交变电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点。时间位移2200.02解析

电火花计时器使用220V交变电源，故B错误；实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误。BC在“用打点计时器测量纸带的速度”的实验中，若打点周期为0.02s，下列说法正确的是(

)A．启动电源与拉动纸带可以同时进行B．先拉动纸带，后启动电源C．电火花计时器使用6V以下的交流电源D．连续n个计时点间的时间为(n－1)×0.02s解析：使用打点计时器打点时，应先启动电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带，A、B错误；电火花计时器使用220V的交流电源，C错误；每相邻的两个计时点间的时间为0.02s，连续n个计时点间的时间为(n－1)×0.02s，D正确。D

题型二数据处理分析【典例2】

在“用打点计时器测量瞬时速度”的实验中得到的一条纸带的一部分如图1所示，从0点开始依照打点的先后依次标为0,1,2,3,4,5,6，…，现在量得0、1间的距离s1＝5．18cm,1、2间的距离s2＝4．40cm,2、3间的距离s3＝3．62cm,3、4间的距离s4＝2．78cm,4、5间的距离s5＝2．00cm,5、6间的距离s6＝1．22cm。(交流电源的频率为50Hz)(1)根据上面的记录，计算打点计时器在打1,2,3,4,5点时的速度并填在下表中：位置12345v/(m·s－1)

位置12345v/(m·s－1)1．201．000.800.600.40(2)根据(1)中表格，在图2中画出小车的速度—时间图像，并说明小车速度变化特点：________________________________________。解析描点并连线得小车的速度—时间图像，如图所示。由图像可知，小车速度随时间均匀减小。如图所示的是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示。求出各计数点的瞬时速度并画出速度—时间图像。题型三实验拓展与创新【典例3】

光电计时器结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。图乙中MN是水平桌面，PQ是长1m左右的木板，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出。让滑块从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5．0×10－2s和2．0×10－2s。用游标卡尺测出小滑块的宽度d＝5．015cm。则滑块通过光电门1的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2的速度v2＝________m/s。1．0032．508|创新角度分析|(1)利用光电计时器记录物体通过光电门的时间。(2)利用物体通过光电门的平均速度作为物体通过光电门的瞬时速度。

让小球从斜面的顶端滚下，如图所示是用闪光照相机拍摄的小球在斜面上运动的一段过程，已知闪光频率为10Hz，且O点是0.4s时小球所处的位置，试根据此图估算：(1)小球从O点到B点的平均速度大小；答案：0.8m/s

(2)小球在A点和B点的瞬时速度大小。答案：0.8m/s

1．0m/s知能演练·重落实内化知识巩固技能31．同一打点计时器打出的4条纸带如图所示，在图示记录的时间内，以下说法正确的是(

)A．纸带均做匀速运动

B．丙纸带的平均速度最大C．丁纸带的平均速度最大

D．乙和丁纸带的平均速度一样大解析：甲、乙、丙纸带上点与点之间的距离不均匀，故甲、乙、丙不是做匀速运动，A错误；丙纸带上的点迹最多，则所用时间最长，而且位移小，故平均速度最小，B错误；甲、乙、丁上均有5个点，但丁上第一个点和第五个点之间的距离最大，故丁的平均速度最大，C正确，D错误。C

2．如图所示A、B两个球在运动过程中的频闪照片，数字表示频闪的时刻的顺序，每次连续频闪的时间间隔相等，则由图可知：(1)其中________球做匀速直线运动。解析：在相同的时间间隔内B球的位移越来越大，所以B球做的是变速直线运动；在相同的时间间隔内A球的位移不变，所以A球做的是匀速直线运动。(2)两球速度相等的时刻在数字________和数字______对应的时刻之间。解析：根据图可知在数字3和4之间的B球的平均速度大小等于A球的速度大小，故在3和4之间某一时刻B球速度大小可能和A球速度大小相等。A

343．如图所示是某同学在做匀变速直线运动实验时获得的一条纸带。(1)已知打点计时器电源的频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________s。4．在“用打点计时器测量速度”的实验中，如图所示，给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0,1,2,3,4,5,6都为计数点。测得s1＝1．40cm，s2＝1．90cm，s3＝2．38cm，s4＝2．88cm，s5＝3．39cm，s6＝3．87cm。已知电源的频率为50Hz，那么：(1)在计时器打出计数点4时，小车的速度是多少？解析：打计数点4时的速度，可用计数点3和5两点间的平均速度表示，而t＝2×0.