2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 课件（共22张PPT） 2024-2025学年高一物理鲁科版（2019）必修第一册

(共22张PPT)
第二章 匀变速直线运动
第4节 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度
实验室中小车的运动是物理学中最简单的物体运动。我们如何测量小车各时刻的瞬时速度呢 可直接用直尺和秒表测量位移和时间，但误差较大，用什么方法可减小测量误差呢？
1.知道打点计时器测量运动物体的位移和时间的原理，了解频闪照相及其应用。
2.会完成“测量做直线运动物体的瞬时速度”的物理实验。
3.会使用打点计时器收集数据。
4.会分析纸带记录的信息，得出小车的瞬时速度，判断小车是否做匀变速直线运动，得出其加速度。
01 运动时间和位移的记录
1.两种打点计时器
电磁打点计时器
打点方式 振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹
工作电压 4-6v交流电
打点频率 与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点
阻力来源 来自振针和纸带之间的摩擦，以及限位孔和纸带间的摩擦，阻力较大
电火花打点计时器
工作电压 220v交流电
打点方式 利用火花放电，在纸带上“打”出点迹
打点频率 与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点
阻力来源 来自纸带本身的运动，阻力较小，实验误差较小
2.频闪照相
除打点计时器外，人们还用频闪照相技术记录物体运动的时间和位移。
在频闪照相中，频闪灯每隔相等的时间闪光一次，可得运动物体间隔相等的频闪照片。
工作原理：
（1）频闪照相法：
（2）频闪灯
（3）频闪照片：
（4）记录信息：
利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法。
每隔相等时间闪光一次，如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次
利用频闪灯照明，沼线及可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。
物体运动的时间和位移。
02 测量小车的瞬时速度
1.实验目的
2.实验器材
（1）测量小车的瞬时速度。
（2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。
（3）学习使用打点计时器。
测小车瞬时速度的实验装置
电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、低压交流电源（或220 V交流电源）、纸带、长木板（或轨道）、U形夹、小车、毫米刻度尺
3.实验步骤
（1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。
（2）将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。
（3）先打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑倒斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。
（4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3...
（5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点0对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点的间距s，将t和s的相应数据填入表中。
固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置
No1
滑轮不能过高,细绳应与木板平行
No2
先接通电源，后让纸带运动
No4
小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来
No3
打点结束后立即关闭电源
No5
注意事项
舍掉纸带开头的一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点，可以选择相隔0.1s的若干计数点进行测量
1、如何分析、选取纸带
纸带上的点成为计时点或打印点
2、何谓计时点
人为选取的几个点称为计数点
3、何谓计数点
每五个计时点取一个计数点 ,依次标号为0，1，2，3，4，5 （间隔不再是0.02s）
4、如何选取计数点
过于密集的舍去
计时点
计数点
D
E
0.1s
4.数据记录
在所选点的两侧各选取较近的两点，此两点的平均速度近似为该点的瞬时速度
如何计算瞬时速度
列表法和图像法
如何记录数据
=近似看作是D点的瞬时速度
D
5.数据分析
（1）计算计数点1，2，3，…对应的瞬时速度，将计算结果填入表格
计数点 0 1 2 3 4 5
t/s
s/m
v/（m·s-1）
（2）根据计算试据绘制速度随时间变化的v—t图像，判断小车是否做匀变速直线运动。
6.实验结论
写出小车在各计数点的瞬时速度，并根据v-t图像判断，小车 直线运动。
1.选择表格数据选择合适标度建立坐标系(让图象尽量分布在坐标系平面的大部分积)
2.描点
3.连线拟合。用直线拟合,让尽可能多的点处在直线上,不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。
v/(m·s-1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t/s
v-t图像法分析数据
v/(m·s-1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
（1）图像具有什么特点？
一条倾斜的直线
（2）小车的运动特点？
速度随时间均匀变化
（3）如何根据图像求小车的加速度？
小车做匀加速直线运动
t/s
7.误差分析
误差 产生原因 减小方法
偶然误差
系统误差
①纸带上计数点间隔距离得测量
②v-t图线作出的并非一条直线
①小车、纸带运动过程中有摩擦
②电源的不稳定性
①多次测量求平均值
②大多数点在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧
①使用电火花打点计时器
②使用稳压电源
1.练习使用打点计时器时,小车拖动纸带并在上面打下一系列的小点,根据点迹,判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时（ ）
A.应通过测量纸带表示的运动的全程来判断
B.必须通过计算任意两点间的平均速度来判断
C.必须通过计算全程的平均速度来计算
D.可以通过测量每相邻两点间的距离,看其是否相同来判断
D
2.打点计时器所用的电源是频率为50 Hz的交流电,其相邻点间的时间间隔是T,若纸带上共打出N个点,这条纸带上记录的时间为t,则下列各式正确的是( )
A.T=0.1 s,t=NT
B.T=0.05 s,t=(N-1)T
C.T=0.02 s,t=(N-1)T
D.T=0.02 s,t=NT
C
3.某同学在做“练习使用打点计时器”实验时,打出的纸带如图所示,每相邻两计数点之间还有四个点没有画出来,图中的数字为相邻两计数点间的距离(单位:cm),打点计时器的电源频率为50 Hz。
(1)打点计时器是一种使用 (选填“交流”或“直流”)电源的 仪器。
(2)相邻两个计数点间的时间间隔为 s。
(3)打计数点4时纸带的速度v4= m/s(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)交流 计时 (2) 0.1 (3)1.20
4.如图是用小车拖动、用打点计时器打出的一条纸带,A、B、C、D、E为在纸带上所选的计数点。相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s,则:
(1)打点计时器打下B、C、D点时小车的瞬时速度分别为vB= m/s、vC= m/s、vD= m/s。(结果均保留2位有效数字)
(2)在图中作出速度—时间图像。
答案 (1)0.26 0.30 0.34 (2)如图所示
运动时间和位移的记录
电磁打点计时器
电火花打点计时器
两种打点计时器
频闪照相
测量小车的瞬时速度