2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度（24张PPT）课件 2024-2025学年高一物理鲁科版（2019）必修第一册

(共24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
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.能完成“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，保存原始信息。
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。
知识点一：运动时间和位移的记录
1.两种打点计时器
打点方式：
工作电压：
打点频率：
阻力来源：
(1)电磁打点计时器
振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹
4-6 V交流电
与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点
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
打点方式：
工作电压：
打点频率：
阻力来源：
电火花打点计时器
利用火花放电，在纸带上“打”出点迹
220V交流电
与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点
来自纸带本身的运动，阻力较小，实验误差较小
0A B C D E　　 F　　 G
打电计时器打出的纸带
时间间隔0.02s
时间间隔0.02s
任意相邻两点对应间隔的时间均为0.02s
时间：
位移：
相邻两点之间的距离可用刻度尺测量。
上图与打点计时器打出的点是否有相似之处？该图是如何得出的呢？
使用频闪照相技术
都能记录物体运动的时间和位移
2.频闪照相
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：
频闪灯的灯光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而间隔相等时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点
频闪照相技术应用于体育、艺术领域时，不但能记录运动员或舞者有研究价值的运动细节，而且能让人们欣赏到独特的整体韵律与动感。
知识点二：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.实验原理与设计
（1）纸带上打出的原始点为计时点。
（2）由于纸带被打出的原始点过于密集，测出的间距误差较大，为便于测量和计算，我们另选间距较大且时间间隔相等的计时点来研究，这样的点叫做计数点。
计时点
0
1
2
3
s1
s2
s3
舍去开头密集的点，在纸带上选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点0，依次向后每5个点选取一个计数点，分别记为1，2，3…….相邻两个计数点间隔的时间 T=5×0.02 s=0.10 s。
（3）用刻度尺量出相邻两计数点间的长度，分别记为 s1，s2 ，s3……
如何选择计数点？
如何根据求纸带上某点的瞬时速度？
在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。由此，根据纸带上打出的点，可计算打点计时器打下某点时小车的瞬时速度。
例：若测量打下点1时小车的瞬时速度，可以选择点1前后附近的两个点，若这两点的间隔时间很短，两点间的平均速度可近似视为打下点1时小车的瞬时速度。考虑到实际测量的误差，所选的两点也不宜太近。
打下点1时小车瞬时速度可近似认为等于点0至点2间的平均速度，即v1=
4.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。
（1）固定打点计时器时，应注意使两限位孔和小车运动轨迹在同一直线上。滑轮不能过高,细绳应与木板平行。
（2）开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。
（3）实验中“接通电源”和“释放小车” 两步应先接通电源,打点稳定后释放小车；打点结束后立即关闭电源，再将纸带取下。
（4）实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它。
注意事项
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。
v - t 图像法分析数据
1.根据所得数据，选择合适的标度建系
图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积
2.根据所得数据确定点的位置,观察和思考点的分布并找寻规律
3.从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，画出一条直线，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点
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？
t/s
6.实验结论
小车做匀加速直线运动。
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.关于打点计时器的使用，说法正确的是（ ）
A.电磁打点计时器使用的是6V以下的直流电源
B.在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源
C.使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小
D.纸带上打的点越密，说明物体运动得越快
C
2.在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下，为了计算加速度，合理的方法是（ ）
计数点序号 1 2 3 4 5 6
计数点对应的时刻（s） 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
通过计数点的速度（cm／s） 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0
A．根据任意两计数点的速度用公式算出加速度
B．根据实验数据画出v-t图，量出其倾角，由公式a = tanθ求出加速度
C．根据实验数据画出v-t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式算出加速度
D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度
C
2.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,利用打点计时器打出了如图所示的一条纸带,其中1、2、3、4、5、6、7均为计数点,且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来,已知电源的频率为50 Hz(打点周期T=0.02 s)。现测得x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.40 cm,x4=2.90 cm,x5=3.40 cm,x6=3.90 cm。
(1)在打点计时器打出点2、3、4、5时,小车的速度分别为v2=　 　 cm/s,v3=　　　　 cm/s,v4=　　　　 cm/s,v5=　　　　 cm/s。
16.50
21.50
26.50
31.50
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