测量纸带的平均速度和瞬时速度速度时间图像课件-高一上学期物理人教版-1

第一章3第2课时测量纸带的平均速度和瞬时速度速度—时间图像一、两种打点计时器

比较项电火花计时器电磁打点计时器结构图示

打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动电源频率为50Hz时打点周期

s

0.02s记录信息位移、

0.02时间

【要点提示】

两种打点计时器均使用交变电源。

二、测量纸带的平均速度和瞬时速度1.下图是打点计时器打出的一条纸带,若Δx=5cm,在D、G这两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是

m/s。

2.上图中,可以用包含E点的DG间或DF间的平均速度来代表E点的瞬时速度,

间的平均速度更接近E点的瞬时速度。

0.5DF三、练习使用打点计时器1.实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、

、导线、复写纸片、低压交变电源(电火花计时器使用220V交变电源,频率都是50Hz)。刻度尺2.实验步骤(1)把电磁打点计时器固定在桌子上,纸带穿过

,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低压交变电源上。(3)接通电源开关,用手水平拉动纸带,使它在水平方向运动,纸带上就打下一系列点。随后立即

电源。

(4)取下纸带,从能看得清的某个点(起始点)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,则纸带的运动时间Δt=

s。

(5)用

测量出从起始点到第n个点间的距离Δx。

(6)利用公式v=计算出纸带在这段时间内的

。

(7)用刻度尺测量

的两点间的距离,计算出平均速度,用来替代该点的瞬时速度。

限位孔关闭(n-1)×0.02刻度尺平均速度包含某点在内3.实验注意事项(1)实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。(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)手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集。(4)使用电磁打点计时器(或电火花计时器)时,应让纸带穿过限位孔,复写纸(或墨粉纸盘)置于纸带上面。(5)使用电磁打点计时器时,如打出点较轻或是短线,应调整振针距复写纸的高度。(6)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.误差分析(1)利用平均速度来代替运动物体在某计数点的瞬时速度会带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。(2)分段测量计数点间的位移会带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数点的距离,再分别计算出各计数点间的位移。读数时应估读到毫米的下一位。(3)作图时,描点、连线存在偶然误差,为减小误差,应选取合适的坐标单位,利用坐标纸作图。四、用v-t图像描述物体的速度1.以

为纵轴,

为横轴建立直角坐标系。

2.根据不同时刻的

值,在坐标系中描点。

3.用

把这些点连接起来,即得到v-t图像。

速度v时间t瞬时速度平滑曲线易错辨析(1)两种打点计时器使用的电源都是220

V的交变电源。(

)(2)使用50

Hz的交变电源,则两种打点计时器打点的时间间隔都是0.02

s。(

)(3)使用打点计时器打点时,应先接通电源,待计时器稳定后再拉动纸带。(

)(4)纸带上两较近点间的平均速度可以近似代表这两点间某点的瞬时速度。(

)×电火花计时器使用220

V交变电源,电磁打点计时器使用约为8

V的交变电源。√√√探究点一根据纸带求解物体的运动速度知识归纳1.根据纸带的数据求平均速度如图所示,将打好点的纸带从能够看清的某个点开始,往后数出若干个点,比如共数出n个点,用刻度尺测出第1个点到第n个点的距离Δx,并算出这n个点的时间间隔,则平均速度,其中T=0.02s。2.粗略计算瞬时速度如图所示,当一段位移Δx对应的时间Δt很小时,可以大致表示C点的瞬时速度,即vC=,A、B两点离C点越近,算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时,测量误差会增大,所以应根据实际需要及所用仪器的情况选取这两个点。【例题1】

在练习使用打点计时器的实验中,小西同学选出的纸带部分如图甲所示,A、B、C、D、E为纸带上标出的连续5个相邻计时点,打点计时器接在频率为50Hz的电源上,则A、E两计时点间的时间tAE=

s,距离sAE=

cm。典例剖析0.089.30小安所选纸带部分如图乙所示,A、B、C、D、E、F、G为在纸带上所选的计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出,电源频率仍为50Hz,则相邻两计数点间的时间间隔为

s,根据D、G两点间的位移Δx和所用时间Δt,可以算出纸带在这两点间的平均速度,用这个平均速度就可以代表纸带在打下E点时的瞬时速度,则由此方法求得打下E点时的瞬时速度v=

m/s。

0.10.338解析

题图甲中A、E两计时点间的时间tAE=4×0.02

s=0.08

s,距离sAE=9.30

cm。题图乙中相邻两计数点间的时间间隔为T=5×0.02

s=0.1

s,打下E点时的瞬时速度方法技巧

1.确定时间:若交变电源的频率为f=50

Hz,则打点周期T==0.02

s。两计数点间的时间t=0.02(n-1)

s,n为计时点数。2.确定位移:终点与始点相对应的刻度之差。3.计算某点的瞬时速度时,用包含该点的较短时间内的平均速度来代替瞬时速度。对点演练1.某同学在用打点计时器测速度的实验中,得到如图所示的纸带,该同学所用电源的频率为40Hz。在纸带上从A点开始依次取了B、C、D、E、F、G六个计数点,且每两个计数点间均有3个点未画出,其中x1=7.05cm,x2=14.73cm,x3=23.06cm,x4=32.01cm,x5=41.62cm,x6=51.88cm。(1)相邻两个计数点间的时间间隔为

s。

(2)小车经过AF段的平均速度是

m/s(结果保留两位小数)。

(3)根据C、E两点间的位移和所用时间,求得小车经过D点的瞬时速度是

m/s(结果保留两位小数)。

0.10.830.86探究点二根据实验数据描绘v-t图像知识归纳1.描绘v-t图像:(1)在坐标纸上,选择合适的标度和单位,以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系;(2)根据实验数据求出纸带上各个计数点的瞬时速度和对应时刻;(3)在坐标系中描点,用平滑的曲线拟合各点。2.分析运动的性质:(1)图像纵坐标为正(或负)表示物体沿正(或负)方向运动;(2)图像纵坐标的绝对值增大(或减小)表示物体加速(或减速)运动。典例剖析【例题2】

如图所示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计时点未画出,测得各计数点到0点的距离如图所示。打点计时器所用电源的频率为50Hz,求出各计数点的瞬时速度并画出v-t图像。解析

用平均速度代替中间时刻瞬时速度的办法求解各点瞬时速度,v1=0.195

m/s,v2=0.40

m/s,v3=0.61

m/s,v4=0.69

m/s,v5=0.70

m/s,0点和6点的速度不能求出。建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,然后描点,用平滑曲线将描下的点连成线,v-t图像如图所示。答案

见解析对点演练2.(多选)一物体做直线运动的速度—时间图像如图所示,在整个运动过程中,下列说法正确的是(

)A.BC段和CD段的运动方向相反B.CD段和DE段的运动方向相反C.物体在D点速度为零,此后运动方向改变D.AB段物体静止BC解析

物体在BC段和CD段的速度均为正值,运动方向相同,选项A错误;物体在D点速度为零,此后速度为负值,运动方向改变,即CD段和DE段的运动方向相反,选项B、C正确;由题图可知,AB段物体的速度为v=5

m/s,故AB段物体做匀速运动,选项D错误。1231.(实验器材与操作)(2025)(1)某次实验中使用打点计时器测速度,发现振针打点周期不准确,其原因可能是

。

A.交变电压不稳B.交变电源的频率发生变化C.永久磁铁的磁性变弱D.振针与复写纸的距离发生变化B123(2)某同学利用打点计时器研究小车的运动情况时,按照以下步骤进行操作:A.换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带;B.将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,接上电源;C.把小车停在靠近打点计时器的地方,先放开小车,再接通电源;D.断开电源,取下纸带;E.把一条细绳系在小车前端,绳跨过滑轮挂上钩码;把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器。以上步骤有错误的是

,错误步骤修改正确后,上述实验步骤的正确顺序是

。(填步骤前的字母)

CBECDA123解析

(1)打点计时器振针打点的周期决定于交变电源的频率,故振针打点周期不准确的原因可能是交变电源的频率发生变化。(2)为打点稳定,在纸带上得到较多的点迹,应先接通电源,再释放小车,故有错误的步骤是C。根据先组装器材,再进行实验,最后进行数据处理的顺序可知,操作步骤顺序为BECDA。1232.(根据纸带求解物体的运动速度)(1)用打点计时器测定物体的速度,当电源的频率低于50Hz时,如果仍按50Hz的时间间隔打点来计算,则测出的速度值将比物体真实的速度值

(选填“偏大”或“偏小”)。

(2)(多选)打点计时器所用电源的频率是50Hz,其相邻计时点间的时间间隔是T,若纸带上共打出N个点,纸带上共记录的时间为t,则(

)A.T=0.1sB.T=0.02sC.t=(N-1)TD.t=NT(3)(多选)我们可以从打点计时器打出的纸带上直接得到的物理量是(

)A.时间间隔 B.位移 C.瞬时速度 D.平均速度偏大BCAB123解析

(1)当电源频率为50

Hz时,打点计时器每隔0.02

s打一次点。当电源频率低于50

Hz时,