2024年高中物理新教材同步講義選修第一冊講義第1章　2　第2課時　位移-時間圖像　位移和時間的測量

第2課時位移—時間圖像位移和時間的測量[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道x－t圖像的物理意義，并能根據(jù)x－t圖像描述物體的位置和位移(重點(diǎn))。2.了解兩種打點(diǎn)計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會安裝和使用(重點(diǎn))。3.會用打上點(diǎn)的紙帶計算物體運(yùn)動的位移和時間(重點(diǎn))。一、位移—時間圖像一輛汽車沿平直公路行駛，下表是汽車的各時刻。時刻t/s04.910.015.119.9位置x/m0100200300400如圖，以時刻t為橫軸，以位置x為縱軸，建立直角坐標(biāo)系，試結(jié)合表中汽車的時刻、位置信息在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來。1．位置—時間圖像：在直角坐標(biāo)系中選______為橫軸，選________為縱軸，其上的圖線就是位置—時間圖像，是反映物體在任意時刻的位置的圖像。2．位移—時間圖像(x－t圖像)：將物體運(yùn)動的________________選作位置坐標(biāo)原點(diǎn)O，則位置與________________相等(x＝Δx)，位置—時間圖像就成為位移—時間圖像。3．x－t圖像的物理意義：x－t圖像反映了物體的位移隨時間的變化關(guān)系，圖像上的某一點(diǎn)表示物體在某時刻所處的________。4．由x－t圖像可求：(1)任一時刻所對應(yīng)的位置；(2)任意一段時間內(nèi)的位移；(3)發(fā)生一段位移所用的時間。5．x－t圖像只能描述直線運(yùn)動，不能描述曲線運(yùn)動。如圖所示為甲、乙兩物體的位移隨時間變化的圖像。(1)甲、乙兩物體是不是同時出發(fā)？是不是同一位置出發(fā)？(2)甲、乙兩個物體在0～10s內(nèi)位移各為多少？(3)兩圖線的交點(diǎn)表示什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1一輛汽車在教練場上沿著平直道路行駛，以x表示它相對于出發(fā)點(diǎn)的位移。如圖近似描寫了汽車在0時刻到50s這段時間的x－t圖像。通過分析回答以下問題。(1)汽車最遠(yuǎn)位置距離出發(fā)點(diǎn)為__________________________________________m；(2)汽車在________時間內(nèi)沒有行駛；(3)汽車在________時間內(nèi)駛離出發(fā)點(diǎn)，在________時間內(nèi)駛向出發(fā)點(diǎn)；(4)汽車前50s內(nèi)的路程為________m，位移為________m。例2(多選)如圖所示為甲、乙在同一直線上運(yùn)動時的x－t圖像，以甲的出發(fā)點(diǎn)為原點(diǎn)，出發(fā)時間為計時的起點(diǎn)，則下列說法中正確的是()A．甲、乙同時出發(fā)B．0～t3這段時間內(nèi)，甲、乙位移相同C．甲開始運(yùn)動時，乙在甲的前面x0處D．甲在途中停止了一段時間，而乙沒有停止x－t圖像1．x－t圖像中的圖線表示的是位移隨時間變化的規(guī)律，不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡。2．兩圖線的交點(diǎn)表示兩物體在對應(yīng)時刻的位置相同，即相遇。3．截距：圖像不過原點(diǎn)O時，若圖像在縱軸有截距，如例2中乙圖線，則表示開始計時時物體的初始位置坐標(biāo)；若圖像在橫軸有截距，如“思考與討論”中乙圖線，則表示出發(fā)時刻。二、位移和時間的測量1．打點(diǎn)計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理打點(diǎn)計時器的作用：打點(diǎn)計時器是一種使用交變電源的計時儀器，當(dāng)電源頻率為50Hz時，它每隔________打一次點(diǎn)，打點(diǎn)計時器和紙帶配合，可以記錄物體運(yùn)動的時間及在一段時間內(nèi)的位移，這就為研究物體的運(yùn)動提供了可能。(1)電磁打點(diǎn)計時器(如圖)工作電壓：________交變電源；工作原理：接通交變電源后，在線圈和永久磁體的作用下，振片便振動起來，帶動其上的振針上下振動。這時，如果紙帶運(yùn)動，振針就通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點(diǎn)。(2)電火花計時器(如圖)工作電壓：________交變電源；工作原理：當(dāng)啟動電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)生的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動的紙帶上就打出一行點(diǎn)跡。2．操作步驟(1)了解打點(diǎn)計時器的構(gòu)造，然后把它固定好。(2)安裝紙帶。(3)啟動電源，用手水平拉動紙帶，紙帶上就打出一行小點(diǎn)，隨后關(guān)閉電源。(4)取下紙帶，從能夠看清的某個點(diǎn)開始(起始點(diǎn))，往后數(shù)出若干個點(diǎn)，例如數(shù)出n個點(diǎn)，算出紙帶從起始點(diǎn)到第n個點(diǎn)的運(yùn)動時間t。(5)用刻度尺測量出從起始點(diǎn)到第n個點(diǎn)的位移x。(6)設(shè)計表格，用來記錄時間及位移，并將測量結(jié)果填入表格中。3．注意事項(1)打點(diǎn)時，應(yīng)先啟動電源，待打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后再拉動紙帶。(2)打點(diǎn)計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，1、2、3、4、…不一定是連續(xù)的計時點(diǎn)，可以每5個點(diǎn)(或間隔4個點(diǎn))取一個計數(shù)點(diǎn)，若電源頻率為50Hz，此時兩計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T＝0.10s。(4)對紙帶進(jìn)行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢，即統(tǒng)一測量出各個計數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)之間的距離。(1)電火花計時器的工作電壓為220V的直流電。()(2)若電源頻率為50Hz，每隔4個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，則相鄰計數(shù)點(diǎn)間時間為0.08s。()例3用打點(diǎn)計時器可測紙帶運(yùn)動的時間和位移。下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗(yàn)步驟，按照你對實(shí)驗(yàn)的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實(shí)際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?。A．在電磁打點(diǎn)計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別接在低壓________(選填“交變”或“直流”)電源的兩個接線柱上。B．把電磁打點(diǎn)計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過________，并壓在________下面。C．用刻度尺測量從計時開始點(diǎn)到最后一個點(diǎn)間的距離x。D．切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點(diǎn)，電源頻率是50Hz，則這段紙帶記錄的時間t＝________。E．打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是________。例4(1)電磁打點(diǎn)計時器使用的電源是__________(填“交變8V”或“交變220V”)電源，電源頻率為50Hz時，如果每相鄰的計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未標(biāo)出，則相