新教材2023年秋高中物理第1章運動的描述第3節(jié)位置變化快慢的描述-速度第2課時實驗：測量紙帶的平均速度和瞬時速度教師用書含答案新人教版必修第一冊

第2課時實驗：測量紙帶的平均速度和瞬時速度實驗目標1．了解打點計時器的結構、工作原理及使用方法。2．學會用打點計時器測量物體的速度。3．能利用實驗數(shù)據(jù)描繪物體的v-t圖像，分析物體的運動。類型一實驗原理與操作【典例1】研究“用打點計時器測速度”的實驗：(1)(多選)實驗中，除電磁打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端帶定滑輪的長木板、導線及開關外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有________。(填選項代號)A．電壓合適的50Hz低壓交流電源B．電壓可調的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(2)(多選)對于減小實驗誤差來說，下列采取的方法中正確的有________。A．選取合適的n個點為計數(shù)點B．使小車運動得盡量慢些C．舍去紙帶上密集的點，只利用點跡清晰、點間間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量、計算D．選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗E．實驗時盡量讓小車遠離打點計時器，釋放小車后再接通電源[解析](1)實驗中必須使用的有電壓合適的50Hz低壓交流電源，計算速度時需要測量各點間的距離，因此還必須使用刻度尺，故A、C正確。(2)選取合適的n個點為計數(shù)點，有利于測量長度，能使平均速度與瞬時速度更接近，以減小實驗誤差，選項A正確；使小車運動得盡量慢些，打出的點較密，為減小測量誤差，所取n會較大，會使實驗誤差較大，選項B錯誤；舍去紙帶上密集的點，只利用點跡清晰、點間間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量、計算，這樣可減小實驗誤差，選項C正確；選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗，可使小車運動比較平穩(wěn)，各點的瞬時速度與實際更接近，可減小實驗誤差，選項D正確；若小車遠離打點計時器，且先釋放小車后打開電源，會造成點密而少，給測量、計算造成較大實驗誤差，選項E錯誤。[答案](1)AC(2)ACD類型二數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】如圖所示是在“用打點計時器測速度”的實驗中得到的一條紙帶的一部分，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x1＝5.18cm，1、2間的距離x2＝4.40cm，2、3間的距離x3＝3.62cm，3、4間的距離x4＝2.78cm，4、5間的距離x5＝2.00cm，5、6間的距離x6＝1.22cm(f＝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)(2)根據(jù)(1)中表格，在圖中畫出小車的速度—時間圖像，并說明小車速度變化特點。[解析](1)某點的瞬時速度可用包含該點的一段位移內的平均速度表示。打1點時v1＝x1+打2點時v2＝x2+打3點時v3＝x3+打4點時v4＝x4+打5點時v5＝x5+x將數(shù)值填入表格如下位置12345v/(m·s-1)1.201.000.800.600.40(2)描點并連線得小車的速度—時間圖像，如圖所示。由圖像可知，小車速度均勻減小。[答案]見解析關于數(shù)據(jù)處理的三點提醒(1)應用v＝ΔxΔt求某點的瞬時速度時(2)作v-t圖像時應注意選擇適當?shù)臉硕?，讓圖線在坐標紙上盡量展開。(3)如果圖線為直線，連線時要讓盡量多的點落在直線上，如果為曲線，應利用平滑曲線將各點連接，偏離較遠的點可舍去。類型三創(chuàng)新設計實驗【典例3】用氣墊導軌和數(shù)字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度。如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字計時器記錄了遮光條通過光電門1的時間為Δt1＝0.29s，通過光電門2的時間為Δt2＝0.11s，已知遮光條的寬度為3.0cm，則滑塊通過光電門1的速度為________m/s，通過光電門2的速度為________m/s。(結果均保留兩位有效數(shù)字)[解析]由于滑塊經(jīng)過光電門時遮光條的擋光條的擋光時間較短，所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用遮光條擋光時間內的平均速度表示。經(jīng)過光電門1的速度v1＝dΔt1＝3.0×10-20.29m/s≈0.10m/s，經(jīng)過光電門2的速度v2[答案]0.100.271．(1)如圖所示，你的左手拿一塊表，右手拿一支彩色畫筆。你的同伴牽動一條寬約1cm的長紙帶，使紙帶在你的筆下沿著直線向前移動。每隔1s你用畫筆在紙帶上點一個點。你還可以練習在1s內均勻地點上兩個點。這樣，就做成了一臺簡單的“打點計時器”。由實驗可知紙帶速度越大，相鄰兩點的距離越________(選填“遠”或“近”)，紙帶的速度與相鄰兩點所表示的時間________(選填“有”或“沒有”)影響。(2)小張以同一個打點計時器在固定頻率下，測量小車拉動紙帶甲、乙、丙、丁的運動速度，每次小車都是自右向左運動，四段紙帶的長度都相同。如圖，則下列敘述正確的是________。A．紙帶甲打點均勻，表示車子的運動是勻速的B．紙帶乙顯示的平均速度與紙帶甲相同C．紙帶丙表示的小車的運動是先快后慢D．紙帶丁表示的小車的運動是先慢后快[解析](1)由實驗可知紙帶速度越大，相鄰兩點的距離越遠，紙帶的速度與相鄰兩點所表示的時間沒有影響。(2)紙帶甲打點均勻，表示車子的運動是勻速的，選項A正確；紙帶乙兩點間距較大，故顯示的平均速度比紙帶甲大，選項B錯誤；紙帶丙打點間距逐漸變大，表示小車的運動是逐漸變快，選項C錯誤；紙帶丁表示的小車的運動是逐漸變慢，選項D錯誤。[答案](1)遠沒有(2)A2．打點計時器所用電源的頻率為50Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測量的情況如圖所示，紙帶在A、C間的平均速度為______m/s，在A、D間的平均速度為________m/s，二者之間B點的瞬時速度更接近于________(選填“A、C”或“A、D”)間的平均速度。[解析]由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為0.02s，A、C間的距離為14.0mm＝0.0140m，A、D間的距離為26.0mm＝0.0260m，由平均速度公式v＝ΔxΔt得vAC＝0.01402×0.02m/s＝0.35m/s，vAD＝0.02603×0.02m/s≈0.43m/s，A、[答案]0.350.43A、C3．如圖所示是某同學在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶。(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________。(2)A、B、C、D是紙帶上的四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點間距x＝________cm，C點對應的速度是________m/s(結果保留三位有效數(shù)字)。[解析](1)由周期和頻率的關系T＝1f，可知周期為0.02s，即紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為0.02s(2)由題圖可知A、B兩點間距約為0.70cm，C點瞬時速度等于B、D間的平均速度，vC＝0.90+1.10×10-2[答案](1)0.02s(2)0.70(0.68～0.72均可)0.1004．(2022·湖南邵陽期中)在用打點計時器測速度的實驗中，電源頻率為50Hz，一條記錄小車運動情況的紙帶如圖甲所示，在其上取A、B、C、D、E五個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出。(1)由紙帶上的數(shù)據(jù)計算vB＝________m/s，vC＝________m/s，vD＝________m/s。(計算結果均保留三位有效數(shù)字)(2)在如圖乙所示坐標系中作出小車的v-t圖像(以A點為計時起點)。[解析](1)電源的頻率為50Hz，則每打兩個點之間的時間間隔為T＝0.02s，由每相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出，可得相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔t＝5T＝0.10s。在計算打下各點時小車的瞬時速度時，可以用與該點相鄰的兩個計數(shù)點間的平均速度表示打下該點時小車的瞬