2023-2024學年粵教版必修第一冊 第一章　第四節(jié)　測量直線運動物體的瞬時速度 課件（36張）

第四節(jié)測量直線運動物體的瞬時速度CONTENTS目錄新知預覽·抓必備題型研析·提能力知能演練·重落實新知預覽·抓必備高效學習夯基固本1一、實驗目的1．了解電磁打點計時器和電火花計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學會安裝和使用。知道數(shù)字計時器。2．理解根據(jù)紙帶測量速度的原理，學會由紙帶測量平均速度和瞬時速度。3．能利用v-t圖像分析物體的運動。二、實驗原理1．兩種打點計時器(1)電火花計時器①電火花計時器使用交流電源，工作電壓是220V。②電火花計時器的構(gòu)造如圖所示。③工作原理當計時器接通220V交流電源時，按下脈沖輸出開關(guān)，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸產(chǎn)生火花放電，利用火花放電在紙帶上打出點跡。當電源的頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一個點。(2)電磁打點計時器①電磁打點計時器使用交流電源，工作電壓是4～6V。當電源的頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一個點。②電磁打點計時器的構(gòu)造如圖所示。③工作原理：當打點計時器的線圈中通入交變電流時，線圈將產(chǎn)生周期性變化的磁場，振片位于磁場中被磁化，在磁場作用下做周期性振動，每次向下運動時帶動振針在紙帶上打下一個點，打點的時間就是振片的振動周期，等于交變電流的周期。交流電頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一個點，則紙帶上相鄰兩點間的時間也是0.02s。測量某一位置的瞬時速度時，可以取包含這一位置在內(nèi)的一小段位移s，用上述方法測出這一段位移內(nèi)的平均速度，用這個平均速度代替紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度。如圖所示，E點的瞬時速度可用D、G或C、F間的平均速度代替，但顯然用D、F間的平均速度表示更精確。然而D、F兩點距離過小會使測量的位移誤差增大，應該根據(jù)實際情況選取。3．數(shù)字計時器及其工作原理(1)數(shù)字計時器是一個可以將采集信息的時間顯示出來的儀器。(2)數(shù)字計時器的構(gòu)造如圖所示。(3)工作原理：數(shù)字計時器和光電門組成計時測量裝置。當寬度一定的物體通過光電門時，光線被遮擋，數(shù)字計時器開始計時；當物體離開光電門時，數(shù)字計時器停止計時。這樣就可以記錄物體遮擋一個光電門光線的短暫時間。數(shù)字計時器還可以記錄物體經(jīng)過兩個光電門之間的時間以及測量物體運動的瞬時速度和平均速度。三、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、學生電源(電火花計時器使用220V交流電源)、刻度尺、紙帶、復寫紙、導線、坐標紙等。四、實驗步驟(以使用電磁打點計時器為例)1．把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。2．把電磁打點計時器的兩個接線柱接到4～6V的低壓交流電源上。3．接通電源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點，隨后關(guān)閉電源。4．取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么這n個點的間隔數(shù)為(n－1)，則紙帶的運動時間Δt＝(n－1)×0.02s。5．用刻度尺測量出這幾個點間的距離s。6．把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O，以后的點分別標上A，B，C，D，…作為“計數(shù)點”，如圖所示，依次測出O到A、A到B、B到C……之間的位移s1，s2，s3…位置ABCDEF(sn＋sn＋1)/m

v/(m·s－1)

3．利用v-t圖像分析物體的運動(1)v-t圖像：用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即得到如圖所示的

v-t圖像。(2)圖像的意義：v-t圖像直觀地反映了物體速度隨時間變化的情況，注意它不是物體運動的軌跡。六、注意事項1．如果在紙帶上數(shù)出了n個點，那么，它們的間隔數(shù)是(n－1)個，它們的時間為(n－1)×0.02s。2．使用打點計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶。3．使用電火花計時器時，應注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面。題型研析·提能力互動探究重難突破2題型一實驗原理與操作【典例1】(1)打點計時器是記錄做直線運動物體的______和________的儀器。電火花計時器是其中的一種，其工作電壓是________V，電火花計時器靠電火花和墨粉打點，當交變電源的頻率為50Hz時，它每隔________s打一次點。解析

打點計時器是記錄運動物體時間和位移的儀器，均使用交變電源，電火花計時器的工作電壓是220V，當交變電源頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點。時間位移2200.02解析

電火花計時器使用220V交變電源，故B錯誤；實驗時應先啟動電源，再拉動紙帶，故C錯誤。BC在“用打點計時器測量紙帶的速度”的實驗中，若打點周期為0.02s，下列說法正確的是(

)A．啟動電源與拉動紙帶可以同時進行B．先拉動紙帶，后啟動電源C．電火花計時器使用6V以下的交流電源D．連續(xù)n個計時點間的時間為(n－1)×0.02s解析：使用打點計時器打點時，應先啟動電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶，A、B錯誤；電火花計時器使用220V的交流電源，C錯誤；每相鄰的兩個計時點間的時間為0.02s，連續(xù)n個計時點間的時間為(n－1)×0.02s，D正確。D

題型二數(shù)據(jù)處理分析【典例2】

在“用打點計時器測量瞬時速度”的實驗中得到的一條紙帶的一部分如圖1所示，從0點開始依照打點的先后依次標為0,1,2,3,4,5,6，…，現(xiàn)在量得0、1間的距離s1＝5．18cm,1、2間的距離s2＝4．40cm,2、3間的距離s3＝3．62cm,3、4間的距離s4＝2．78cm,4、5間的距離s5＝2．00cm,5、6間的距離s6＝1．22cm。(交流電源的頻率為50Hz)(1)根據(jù)上面的記錄，計算打點計時器在打1,2,3,4,5點時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)根據(jù)(1)中表格，在圖2中畫出小車的速度—時間圖像，并說明小車速度變化特點：________________________________________。解析描點并連線得小車的速度—時間圖像，如圖所示。由圖像可知，小車速度隨時間均勻減小。如圖所示的是一條利用打點計時器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各計數(shù)點到0的距離如圖所示。求出各計數(shù)點的瞬時速度并畫出速度—時間圖像。題型三實驗拓展與創(chuàng)新【典例3】

光電計時器結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間。圖乙中MN是水平桌面，PQ是長1m左右的木板，Q是木板與桌面的接觸點，1和2是固定在木板上適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出。讓滑塊從木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為5．0×10－2s和2．0×10－2s。用游標卡尺測出小滑塊的寬度d＝5．015cm。則滑塊通過光電門1的速度v1＝________m/s，滑塊通過光電門2的速度v2＝________m/s。1．0032．508|創(chuàng)新角度分析|(1)利用光電計時器記錄物體通過光電門的時間。(2)利用物體通過光電門的平均速度作為物體通過光電門的瞬時速度。

讓小球從斜面的頂端滾下，如圖所示是用閃光照相機拍攝的小球在斜面上運動的一段過程，已知閃光頻率為10Hz，且O點是0.4s時小球所處的位置，試根據(jù)此圖估算：(1)小球從O點到B點的平均速度大??；答案：0.8m/s

(2)小球在A點和B點的瞬時速度大小。答案：0.8m/s

1．0m/s知能演練·重落實內(nèi)化知識鞏固技能31．同一打點計時器打出的4條紙帶如圖所示，在圖示記錄的時間內(nèi)，以下說法正確的是(

)A．紙帶均做勻速運動

B．丙紙帶的平均速度最大C．丁紙帶的平均速度最大

D．乙和丁紙帶的平均速度一樣大解析：甲、乙、丙紙帶上點與點之間的距離不均勻，故甲、乙、丙不是做勻速運動，A錯誤；丙紙帶上的點跡最多，則所用時間最長，而且位移小，故平均速度最小，B錯誤；甲、乙、丁上均有5個點，但丁上第一個點和第五個點之間的距離最大，故丁的平均速度最大，C正確，D錯誤。C

2．如圖所示A、B兩個球在運動過程中的頻閃照片，數(shù)字表示頻閃的時刻的順序，每次連續(xù)頻閃的時間間隔相等，則由圖可知：(1)其中________球做勻速直線運動。解析：在相同的時間間隔內(nèi)B球的位移越來越大，所以B球做的是變速直線運動；在相同的時間間隔內(nèi)A球的位移不變，所以A球做的是勻速直線運動。(2)兩球速度相等的時刻在數(shù)字________和數(shù)字______對應的時刻之間。解析：根據(jù)圖可知在數(shù)字3和4之間的B球的平均速度大小等于A球的速度大小，故在3和4之間某一時刻B球速度大小可能和A球速度大小相等。A

343．如圖所示是某同學在做勻變速直線運動實驗時獲得的一條紙帶。(1)已知打點計時器電源的頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為________s。4．在“用打點計時器測量速度”的實驗中，如圖所示，給出了從0點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中0,1,2,3,4,5,6都為計數(shù)點。測得s1＝1．40cm，s2＝1．90cm，s3＝2．38cm，s4＝2．88cm，s5＝3．39cm，s6＝3．87cm。已知電源的頻率為50Hz，那么：(1)在計時器打出計數(shù)點4時，小車的速度是多少？解析：打計數(shù)點4時的速度，可用計數(shù)點3和5兩點間的平均速度表示，而t＝2×0.