《版新教材高中物理2.4科学测量：做直线运动物体的瞬时速度课件鲁科版必修110171182(数理化网)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版新教材高中物理2.4科学测量：做直线运动物体的瞬时速度课件鲁科版必修110171182(数理化网)（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度【实验目的实验目的】1.1.测量小车的瞬时速度。测量小车的瞬时速度。2.2.判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。3.3.学习使用打点计时器。学习使用打点计时器。 【实验器材实验器材】_(_(或电火花打点计时器或电火花打点计时器) )、_(_(或或220 V220 V交流电源交流电源) )、纸带、长木板、纸带、长木板( (或者或者轨道轨道) )、U U形夹、小车、毫米刻度尺。形夹、小车、毫米刻度尺。电磁打点计时器电磁打点计时器低压低压交流电源交流电源【实验原理与设计实验原理与设计】1.1.实验原理：实验原理：
2、(1)(1)电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为_ s_ s。0.020.02(2)(2)可测物理量：相邻两点之间的距离可以用可测物理量：相邻两点之间的距离可以用_测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的的_。由此可获知物体运动的。由此可获知物体运动的_等。等。刻度尺刻度尺位移位移速度速度2.2.实验设计：实
3、验设计：(1)(1)利用两种打点计时器。利用两种打点计时器。电火花打点计时器电火花打点计时器电磁打点计时器电磁打点计时器结构结构图示图示 工作工作电压电压220 V_220 V_6 V_6 V_交流电交流电交流电交流电电火花打点计时器电火花打点计时器电磁打点计时器电磁打点计时器打点打点方式方式周期性产生周期性产生_振针周期性振针周期性_打点打点周期周期_ s_ s_ s_ s记录记录信息信息位移、时间位移、时间电火花电火花上下振动上下振动0.020.020.020.02(2)(2)利用频闪照相法。利用频闪照相法。频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间
4、曝光一次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法 。频闪灯：每隔频闪灯：每隔_时间闪光一次，如每隔时间闪光一次，如每隔0.1 s0.1 s闪光一次，即每秒闪光闪光一次，即每秒闪光1010次。次。相等相等频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等动物体每隔相等_所到达的位置，通过这种方所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。法拍摄的照片称为频闪照片。记录信息：物体运动的时间和记录信息：物体运动的时间和_。时间时间位移位移(3)(3)瞬时速度的求法及匀变速直线运动的判断。瞬时速度的求法及匀变
5、速直线运动的判断。利用平均速度利用平均速度v= v= ，当，当tt很短时，可以近似认为很短时，可以近似认为平均速度平均速度 等于等于t t时刻的时刻的_，利用速度和，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动。时间关系判断物体是否做匀变速直线运动。利用利用s=ss=s2 2-s-s1 1=s=s3 3-s-s2 2= =s=sn n-s-sn n1 1=_=_判断物体是判断物体是否做匀变速直线运动。否做匀变速直线运动。瞬时速度瞬时速度aTaT2 2【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端
6、，使木板倾斜。此端，使木板倾斜。2.2.连接好打点计时器的电路连接好打点计时器的电路( (注意此过程中要断开开关注意此过程中要断开开关) )。3.3.将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器。车靠近打点计时器。4.4.闭合电路开关，稍后（打点稳定后）释放小车，打闭合电路开关，稍后（打点稳定后）释放小车，打完纸带后立即关闭电源完纸带后立即关闭电源 。5.5.更换纸带，重复操作三次。更换纸带，重复操作三次。6.6.选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点，选
7、择相隔集的点，找一适当的点作为开始点，选择相隔0.1 s0.1 s的的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的表格中。表格中。【思考思考讨论讨论】(1)(1)利用电火花打点计时器应注意哪些问题？为什么采利用电火花打点计时器应注意哪些问题？为什么采用电火花打点计时器？用电火花打点计时器？ ( (科学探究科学探究) )提示：提示：使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。这种计时器纸带运动时受到的阻力比较小，限位孔。这种计时器纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小。实验误差也比较小。(2)(2)
8、开始实验时对小车和打点计时器有什么要求？开始实验时对小车和打点计时器有什么要求？( (科学探究科学探究) )提示：提示：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。二、数据收集与分析二、数据收集与分析1.1.用逐差法求加速度以取六个间隔为例，则用逐差法求加速度以取六个间隔为例，则 加速度的平均值为加速度的平均值为a= (aa= (a1 1+a+a2 2+a+a3 3) )= = = (s= (s4 4+s+s5 5+s+s6 6)-(s)-(s1 1+s+s2 2+s+s3 3)逐差
9、法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，使计算结果更接近真实值。使计算结果更接近真实值。2.2.用用v-tv-t图像求加速度：图像求加速度：(1)(1)在纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密在纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔了测量方便和减小误差，通常选择相隔0.1 s0.1 s的若干计的若干计数点进行测量，在选好
10、的第一个点下面标明数点进行测量，在选好的第一个点下面标明0 0，在第六，在第六个点下面标个点下面标1 1，在第十一个点的下面标，在第十一个点的下面标2 2，依此类推，依此类推，每隔每隔4 4个点下面计一个数，这些标数字的点叫作计数点。个点下面计一个数，这些标数字的点叫作计数点。如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为s s1 1、s s2 2、s s3 3填入表中。填入表中。位置间隔位置间隔0 01 11 12 22 23 33 34 44 45 5间隔距离间隔距离s/ms/m(2)(2)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度根据测量结果，再利用匀变速
11、直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是的平均速度来求解，也就是v vn n= = ，可求出打第，可求出打第n n个个计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入表计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入表中。中。位置编号位置编号1 12 23 34 4时间时间t/st/s速度速度v/mv/ms s-1-1(3)(3)用横坐标表示时间用横坐标表示时间T T、纵坐标表示瞬时速度、纵坐标表示瞬时速度v v，在坐，在坐标平面上标出标平面上标出(T(T，v v1 1) )、(2T(2T，v v2 2)
12、 )、各点，把这些点各点，把这些点连接起来可画出一条直线，它就是物体运动的速度图连接起来可画出一条直线，它就是物体运动的速度图像，从此直线的斜率就可求得物体的加速度。像，从此直线的斜率就可求得物体的加速度。【误差分析误差分析】误差误差产生原因产生原因减小方法减小方法偶然偶然误差误差纸带上计数点间隔距离的测量纸带上计数点间隔距离的测量v-tv-t图线作出的并非一条直线图线作出的并非一条直线多次测量求平均值多次测量求平均值大多数点在线上，不在线上的大多数点在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧点尽可能分布在线的两侧系统系统误差误差小车、纸带运动过程中有摩擦小车、纸带运动过程中有摩擦电源的不稳定性
13、电源的不稳定性使用电火花打点计时器使用电火花打点计时器使用稳压电源使用稳压电源【思考思考讨论讨论】(1)(1)实验结束后，如何选取纸带？实验结束后，如何选取纸带？( (科学探究科学探究) )提示：提示：选取一条点迹清晰的纸带为研究对象。选取一条点迹清晰的纸带为研究对象。(2)(2)如何根据纸带判断物体是匀速运动，还是匀变速直如何根据纸带判断物体是匀速运动，还是匀变速直线运动？线运动？( (科学思维科学思维) )提示：提示：若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若连续相等时间内位移的变化量是恒量，就速运动，若连续相等时间内位移的变化量是恒量，就是
14、匀变速直线运动。是匀变速直线运动。类型一实验操作类型一实验操作【典例典例1 1】(2019(2019莆田高一检测莆田高一检测)(1)(1)在练习使用打点在练习使用打点计时器的实验中，打点计时器是一种计时仪器，其电计时器的实验中，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为源频率为50 Hz50 Hz，其中，其中“电磁打点计时器电磁打点计时器”使用的电压使用的电压是是_V_V的的_(_(选填选填“直流电直流电”或或“交流电交流电”) )，它们是每隔，它们是每隔_s_s打一个点。打一个点。 世纪金榜导学号世纪金榜导学号(2)(2)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操接通打点计时器电源和让纸带开始
15、运动，这两个操作之间的时间顺序关系是作之间的时间顺序关系是_。A.A.先接通电源，再让纸带运动先接通电源，再让纸带运动B.B.先让纸带运动，再接通电源先让纸带运动，再接通电源C.C.让纸带运动的同时接通电源让纸带运动的同时接通电源D.D.先让纸带运动或先接通电源都可以先让纸带运动或先接通电源都可以【解题探究解题探究】(1)(1)打点计时器是一打点计时器是一种种_仪器，其电源频率为仪器，其电源频率为50 Hz50 Hz，常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器，常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器使用的是交流电，它们是每隔使用的是交流电，它们是每隔_打一个点。打一个点。(2)(2)使用时应先给打
16、点计时器使用时应先给打点计时器_打点，然后释放打点，然后释放_让纸带运动。让纸带运动。计时计时0.02 s0.02 s通电通电纸带纸带【解析解析】(1)(1)电源频率为电源频率为50 Hz50 Hz，其中，其中“电磁打点计时电磁打点计时器器”使用的电压是使用的电压是4 46 V6 V的交流电，它是每隔的交流电，它是每隔0.02 s0.02 s打一个点。打一个点。(2)(2)开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带放纸带让纸带( (随物体随物体) )开始运动，如果先放开纸带开开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时器的电源，由于
17、重物运动较始运动，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同样先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提误差；同样先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故选项高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故选项B B、C C、D D错误，错误，A A正确。正确。答案：答案：(1)4(1)46 6交流电交流电0.020.02(2)A(2)A类型二数据处理类型二数据处理【典例典例2 2】某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块
18、在重物的牵引下开始在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上( (尚未到达滑轮处尚未到达滑轮处) )。从纸带上便于测量的点开始，每。从纸带上便于测量的点开始，每5 5个点取个点取1 1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为打点计时器电源的频率为50 Hz50 Hz。世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点_和和_之间某时刻开始减速。之间某时刻开始减速。(
19、2)(2)计数点计数点5 5对应的速度大小为对应的速度大小为_m/s_m/s，计数点，计数点6 6对对应的速度大小为应的速度大小为_m/s_m/s。( (保留三位有效数字保留三位有效数字) )(3)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为物块减速运动过程中加速度的大小为a=_m/sa=_m/s2 2。【解析解析】(1)(1)由于计数点由于计数点6 6之前相邻计数点之间距离之之前相邻计数点之间距离之差约为差约为2 cm2 cm，而计数点，而计数点6 6、7 7之间的距离比计数点之间的距离比计数点5 5、6 6之间的距离多之间的距离多1.27 cm1.27 cm，故可判断物块在相邻计数点，故可判断物
20、块在相邻计数点6 6和和7 7之间某时刻开始减速。之间某时刻开始减速。(2)(2)计数点计数点5 5对应的速度对应的速度v v5 5= m/s=1.00 m/s= m/s=1.00 m/s。物块做加速运动时加速度大小物块做加速运动时加速度大小a a加加= m/s= m/s2 2=2.00 m/s=2.00 m/s2 2。v v6 6=v=v5 5+a+a加加T=1.20 m/sT=1.20 m/s。(3)(3)物块做减速运动时的加速度大小为物块做减速运动时的加速度大小为a= m/sa= m/s2 2=2.00 m/s=2.00 m/s2 2。答案：答案：(1)6(1)67(7(或或7 76)6
21、)(2)1.00(2)1.001.201.20(3)2.00(3)2.00【规律方法规律方法】 数据处理技巧数据处理技巧(1)(1)在数据处理过程中，常用在数据处理过程中，常用 求解某点的瞬时求解某点的瞬时速度。速度。(2)(2)利用利用v-tv-t图像求解加速度图像求解加速度a a时，图像上的两点间隔要时，图像上的两点间隔要适当大一些。适当大一些。类型三实验创新类型三实验创新【典例典例3 3】如图甲所示，桌面水平，用手轻推一下小车，如图甲所示，桌面水平，用手轻推一下小车，使小车做匀减速运动。过程中，图乙记录了桌面上连使小车做匀减速运动。过程中，图乙记录了桌面上连续续6 6个水滴的位置。个水滴
22、的位置。( (已知滴水计时器每已知滴水计时器每30 s30 s内共滴下内共滴下4646个小水滴个小水滴) )设计实验方案，探究小车做什么运动，设计实验方案，探究小车做什么运动，A A点的速度是多大，加速度多大。点的速度是多大，加速度多大。世纪金榜导学号世纪金榜导学号1.1.实验创新思路：实验创新思路：(1)(1)改进了计时仪器。改进了计时仪器。(2)(2)改进了时间计算方法。改进了时间计算方法。2.2.实验步骤：实验步骤：(1)(1)用手轻推一下小车，小车做用手轻推一下小车，小车做_运动。运动。(2)(2)记录滴水计时器每记录滴水计时器每30 s30 s内共滴内共滴N N个小水滴。个小水滴。(
23、3)(3)如图乙记录了桌面上连续如图乙记录了桌面上连续6 6个水滴的位置，并附有个水滴的位置，并附有毫米刻度尺。毫米刻度尺。减速减速(4)(4)计算相邻两点时间间隔计算相邻两点时间间隔T= sT= s(5)(5)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的中的_。(6)(6)根据匀变速直线运动的推论公式根据匀变速直线运动的推论公式_可以可以求出加速度的大小。求出加速度的大小。平均速度平均速度s=aTs=aT2 23.3.误差分析：误差分析：(1)(1)测量时间时，测量时间时，_多数或少数。多数或少数。(2)(2)测量长度时，操作测量长度时，操作_。水滴数水滴数不规范不规范【创新评价创新评价】创新角度创新角度创新方法创新方法计时仪器创新计时仪器创新用滴水针头滴水代替打点计时器用滴水针头滴水代替打点计时器实验生活化实验生活化用生活常用物品来做实验，更贴近生活，增强学习物用生活常用物品来做实验，更贴近生活，增强学习物理的兴趣，提升学科素养理的兴趣，提升学科素养
