人教版高中物理必修第一册第1章运动的描述3第2课时实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度课件

3.位置变化快慢的描述——速度第2课时实验:测量纸带的平均速度和瞬时速度实验探究·新知导学典例精讲·释疑解惑课堂小结随堂练习课标定位1.知道打点计时器的构造及工作原理。2.掌握打点计时器的使用方法,知道相邻两点间的时间间隔。3.掌握用打点计时器测量平均速度和瞬时速度的方法。4.能用实验数据描绘v-t图像,并能根据图像分析物体的运动。素养阐释1.通过正确使用打点计时器,培养实验习惯和实验态度。2.通过将极短时间内的瞬时速度近似为这段时间内的平均速度,体会和掌握科学的思维方法。3.通过描绘v-t图像,培养处理图像问题的能力和科学探究能力。

实验探究·新知导学一、电磁打点计时器与电火花计时器的比较

二、用打点计时器测量平均速度

1.实验步骤(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带。(2)把打点计时器的两个接线柱接到交变电源上(电磁打点计时器接约8V的低压交变电源,电火花计时器接220

V的交变电源)。(3)先接通电源开关,再用手水平拉动纸带,纸带上就打下一行小点,随后立即关闭电源。(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n个点的间隔数为n-1个,则纸带的运动时间Δt=(n-1)×0.02s。(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx。2.注意事项(1)打点前,应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置。(2)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)打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源。(4)对纸带进行测量时,读数应估读到分度值的下一位。三、用打点计时器测量瞬时速度1.实验原理纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示,即根据v=,当Δt或Δx较小时,用这个平均速度代表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、F两点间的平均速度代表,即vE=。2.数据处理(1)测量:如图所示,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……,依次测出各点到O点的距离,再算出OA、AB、BC……的距离x1、x2、x3……(2)计算:若打点计时器打点的周期为T,则A、B、C、D……(3)列表比较:把数据填入下表,根据数据判断纸带运动速度的变化情况。位置

v/(m·s-1)

3.注意事项(1)为了减小实验误差,A、B、C、D……不一定是连续计时点,比如可以每隔四个点选一个点(称为计数点),此时两个计数点间的时间间隔T=0.1s。(2)计算计数点的瞬时速度时,Δx、Δt应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时间,即v=。四、用v-t图像描述物体的速度

1.速度—时间图像(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,即得到物体运动的v-t图像。2.v-t图像的意义v-t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况,但它不是(填“是”或“不是”)物体运动的轨迹。

典例精讲·释疑解惑一、打点计时器的原理及操作【例题1】

用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理顺序,将各步骤的字母代号写在空白处。A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压

(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上。

B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过

,并压在

下面。

C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx。D.切断电源,取下纸带,如果共有n个清晰的点,则这段纸带记录的时间Δt=

。

E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点。实验步骤的合理顺序是

。

答案:交流

限位孔

复写纸

(n-1)×0.02s

BAEDCF解析:打点计时器使用交变电源;把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过限位孔,并压在复写纸下面;若打n个点,则有(n-1)个时间间隔,故这段纸带记录的时间Δt=(n-1)×0.02

s;实验步骤的合理顺序是:BAEDCF。二、实验数据的处理【例题2】

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0.1s。(本题计算结果均保留3位有效数字)(1)在实验中,使用打点计时器时应先

再

(填“释放纸带”或“接通电源”)。

(2)每两个计数点间还有

个点没有标出。

(3)试根据纸带上各个计数点间的距离,每隔0.1s测1次速度,计算出打下B、C、D3个点时小车的瞬时速度,并将各个速度值填入下表。计数点BCDEF速度/(m·s-1)

0.6400.721(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在下面的直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。答案:(1)接通电源

释放纸带

(2)4

(3)0.4000.479

0.560

(4)见解析图解析:(1)

在实验中,使用打点计时器时应先接通电源,再释放纸带。(4)图线如图所示:

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.图像标度的选择要结合数据及其分布特点制定,以使图线在坐标系中合理分布,大小适中。三、创新型实验【例题3】

下图是用“位移传感器”测小车速度的示意图,这个系统由在同一直线上且等高的A、B两个小盒组成,A盒装有红外线和超声波发射器,B盒装有红外线和超声波接收器。A盒固定在向右运动的小车上,B盒固定在桌面上,测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲(即持续时间很短的一束红外线和一束超声波),B盒接收到红外线脉冲时开始计时,接收到超声波脉冲时停止计时,若两者的时间差为t1,空气中声速为v0,红外线在A与B之间的传播时间可忽略。(x1、x2、Δx未知)(1)发射红外线脉冲和超声波脉冲时A与B之间的距离为

。

(2)经过短暂的Δt时间后,进行第二次测量,此次接收两者的时间差为t2,已知小车在远离B,则小车运动的速度大小为

。

解析:(1)由于红外线在A与B之间传播的时间可忽略,根据匀速直线运动规律得A、B间的距离为x1=v0t1。(2)同理可知:进行第二次测量时,A、B间的距离为x2=v0t2,两次发射超声波脉冲的时间间隔为Δt,即为小车运动Δx=x2-x1所用的时间,根据速度的定义式可知小车运动的速度大小为课堂小结随堂练习1.(打点计时器的使用)关于打点计时器,下列说法正确的是(

)A.纸带上打的点越密,说明物体运动得越快B.电火花计时器使用的是220V交变电源C.电火花计时器比电磁打点计时器打点频率高D.实验时应先释放小车,后接通打点计时器的电源答案:B解析:纸带上打的点越密,说明物体运动越慢,A错误;电火花计时器使用的是220

V交变电源,B正确;两种计时器电源频率都是50

Hz,C错误;实验时应先接通打点计时器的电源,后释放小车,D错误。2.(多选)(打点计时器的使用)在练习使用打点计时器的实验中,打点周期为0.02s,下列说法正确的是(

)A.先接通电源,后拉动纸带B.先拉动纸带,后接通电源C.电火花计时器使用约8V的交变电源D.连续n个计时点间的时间为(n-1)×0.02s答案:AD解析:

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,A正确,B错误;电火花计时器使用220

V的交变电源,C错误;每相邻的两个计时点间的时间间隔为0.02

s,连续n个计时点间有n-1个间隔数,故时间为(n-1)×0.02

s,D正确。3.(实验步骤)以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤,其中有错误的操作是(

)A.把打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过限位孔,把复写纸片套在定位轴上,并压在纸带上面B.把打点计时器的两个接线柱分别接上导线,与8V低压交变电源相连C.用手水平地拉动纸带,然后打开电源开关D.取下纸带,用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0,用公式v=计算纸带运动的平均速度答案:C解析:复写纸应在纸带上面,A正确;电磁打点计时器使用约8

V的交变电源,B正确;应该先接通电源,后拉动纸带,C错误;D项中是测平均速度的一种常用方法。4.(数据处理)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=30cm。为了研究滑块的运动情况,在滑块上安装了一宽度为d=1cm的遮光条。现让滑块依次通过光电门A、B,并记录了遮光条通过两光电门A、B的时间分别为0.010s、0.005s,滑块从光电门A到B的时间为0.200s。则下列说法正确的是(

)A.滑块经过A的速度为1cm/sB.滑块经过B的速度为2cm/sC.滑块在A、B间的平均速度为1.5m/sD.滑块在A、B间的平均速度为3m/s答案:C5.(数据处理)图甲是用打点计时器(f=50Hz)测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分,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x1=5.18cm,1、2间的距离x2=4.40cm,2、3间的距离x3=3.62cm,3、4间的距离x4=2.78c