1.4 测量直线运动物体的瞬时速度 课件 2023-2024学年高一物理粤教版必修第一册（19张ppt）

(共19张PPT)
第一章 运动的描述
第四节 测量直线运动物体的瞬时速度
当物体沿直线运动时，其位移在不断变化。我们要研究物体的运动规律，首先要准确记录物体运动的信息。直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的，我们可以使用秒表和刻度尺来测量物体运动的时间和位移，再经过计算或作图来判断物体的运动情况。但当物体的运动速度太快时，采用这种方法测量的误差较大。打点计时器是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以利用它来测量和计算物体运动的速度。
打点计时器
打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器。通过分析纸带上的点，可以研究物体的运动规律。实验室常用的打点计时器有电火花计时器和电磁打点计时器两种。
电火花计时器的工作电源是220 V的交流电源，它通过每间隔一个固定的时间 (即周期) 放电产生的火花在纸带上打出一系列的点。当电源频率是 50 Hz 时，每隔 0.02s 打一次点。如图所示是电火花计时器的构造图，图中标出了主要部件的名称。
电火花计时器
电磁打点计时器的工作电源是 4~6 V的交流电源，通过线圈和永久磁铁的作用带动一个上下振动的振针，在纸带上打出一系列的点。振针上下振动的时间间隔不变 (即发生周期性振动)。当电源频率是 50 Hz 时，纸带上每打出两个相邻点所经历的时间(即周期)都是 0.02 s。 如图所示是电磁打点计时器的构造图，图中标出了主要部件的名称。
电磁打点计时器
电火花计时器和电磁打点计时器的计时原理基本相同，当电源频率为 50 Hz 时，打点的时间间隔都是 0.02 s，本书把它们统称为打点计时器。
用打点计时器测量瞬时速度的方法
在直线运动中，要测量物体在某一点的瞬时速度，可以用测量包含这一点的平均速度来近似替代。如图所示的是物体做直线运动时打点计时器记录物体运动轨迹打出的纸带。
研究物体做直线运动的纸带
测量出包括点 E 在内的 D，F 两点间的位移x和时间t，算出纸带在这两点间的平均速度 ，用这个平均速度近似表示纸带经过点 E 时的瞬时速度(如纸带 1 所示)。D，F 两点离点 E 越近，算出的平均速度越接近点 E 的瞬时速度(如纸带 2 所示)，然而 D，F 两点距离过小则测量相对误差增大， 因而，应该根据实际情况选取这两个点。
根据以上粗略表示某点瞬时速度的方法，在打出的纸带上，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间内的位移 x，同时记录对应的时间 t ，就可算出各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度。
实验与探究
实验1：练习使用打点计时器
在动手练习使用打点计时器之前，请思考如下问题：
纸带上的点与物体的位移和时间是如何对应的？怎样将纸带上的点转化成相关的数据？怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？
把打点计时器固定在水平桌面上。观察打点计时器，阅读使用 说明书，了解它的结构，按照说明书安装好纸带。
接通交流电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一系列点迹，然后关闭电源。
(3) 取下纸带，选择某个清晰的点，往后数出若干个点，如果数出n个点,则第n个与第1个点之间的间隔数为 (n-1) 个，由 t=0.02(n-1)s 计算出纸带从第一个点运动到第 n 个点的时间。
(4) 用刻度尺测量出从第一个点到第 n 个点的距离 x。 把测量值和计算结果填入表中。
点数n/个 点间隔数（n-1）/个 时间t/s 位移x/m
实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度
(1) 如图所示，把打点计时器固定在斜面的顶端，将一辆系有纸带的小车放置在斜面上。接通打点计时器的电源，让打点计时器开始打点，然后放手让小车带动纸带运动，在纸带上打出一系列的点，记录下小车的运动信息。
用打点计时器记录小车的运动信息
(2) 在纸带上选取点迹清晰的一段，将某个能看清的点标为 0，以后每隔0.1s标一个计数点，相邻计数点间的位移为 s1，s2，s3，s4，s5 (如图所示)。用刻度尺测量相邻计数点间的位移，将测量结果填入下表中。
实验中选取的纸带
(3) 计算包含某个计数点在内的一段位移x ，同时记录对应的时间 t (电源的频率f=50 Hz)，利用v =计算该计数点的瞬时速度，将结果填入表中。
相邻计数点间的位移和各计数点的速度
根据表中的数据，在图中作出v-t 图像 (以0计数点作为计时起点)，并根据图像说明小车的运动情况。
小车运动的v-t图像
数字计时器
数字计时器是一个可以将采集信息的时间显示出来的仪器。如图所示的是由数字计时器和光电门组成的计时测量装置。光电门的外形像门，其一边安装发光装置，另一边安装光线接收装置，并都与数字计时器连接。当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时；当物体离开光电门时，数字计时器停止计时。这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度。
由数字计时器和光电门组成的计时测量装置
记录物体通过一个光电门的时间：光线遮挡，开始计时；物体离开，停止计时。记录时间为t。
1、测量物体通过光电门位置的瞬时速度
测量物体的遮光宽度，记录位移为d.
物体通过光电门位置的瞬时速度为：
2、测量物体经过两个光电门之间的平均速度
测量两个光电门之间的距离，记录为s.
物体通过两个光电门的平均速度为：
记录物体通过两个光电门的时间：记录时间为t。
完成课后相关练习
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