1.4 测量直线运动物体的瞬时速度（24张PPT）课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第一册

(共24张PPT)
第一章 运动的描述
第4节 测量直线运动物体的瞬时速度
如果你看到窗外飞舞的蝴蝶,你能测定它的速度吗 这可能比较难。但如果测定做直线运动的物体的速度,就相对容易一些，可以借助打点计时器来测定。你知道打点计时器怎样使用吗
1.了解打点计时器的结构、工作原理及使用方法。
2.学会用打点计时器测量物体的速度。
知识点一：了解打点计时器
电磁打点计时器
电火花打点计时器
打点计时器是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器
1.电火花计时器
（1）工作电压：____ V交流电源；
220
（2）原理：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。我们国家交流电的频率是50HZ,所以每隔0.02s打一次点
（2）原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。
（1）工作电压：4 ~ 6 V交流电源
2.电磁打点计时器
（3）打点计时器的作用：打点计时器是一种使用 电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔 打一次点.
交流
0.02 s
3.打点计时器的比较
电磁打点计时器 电火花计时器
原理
电源
打点周期
优缺点
电磁作用下振针振动打点
脉冲电流经放电针、
墨粉纸盘放电打点。
4-6V交流电源
220V交流电源
0.02s（频率：50HZ）
振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦，系统误差较大
阻力极小,
系统误差较小
知识点二：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。
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
注意事项
①实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。
②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。
③手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。
④使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。
⑤使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。
⑥打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。
⑦对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。
(4)误差分析
①利用平均速度来代替计数点的瞬时速度造成系统误差。为减小此种误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。
②测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。
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
(1)装置组成：数字计时器和光电门。
(2)计时原理：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。
(3)应用：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。
4.数字计时器
1.根据电磁打点计时器的工作原理可知,影响其打点周期的主要因素是( )
A.振片的长度 B.振针的长度
C.电源的频率 D.电源的电压
C
2.某同学使用打点计时器所得到的一条纸带如图所示。图中前几个点模糊,因此从O点开始每隔4个点取一个计数点。根据纸带判断,以下说法正确的是( )
A.左端与物体相连,相邻两计数点间时间间隔为0.02 s
B.左端与物体相连,相邻两计数点间时间间隔为0.1 s
C.右端与物体相连,相邻两计数点间时间间隔为0.02 s
D.右端与物体相连,相邻两计数点间时间间隔为0.1 s
B
3.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列关于纸带上点迹的说法中错误的是( )
A.点迹记录了物体运动的时间
B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状
D.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
C
4.一条利用频率为50 Hz的打点计时器打出的纸带如图所示,0、1、2、3、4、5、6是七个计数点,每相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出,测得各计数点到0点的距离已在图上标出,求各计数点的瞬时速度并画出v-t图像。
解析 1点是0点和2点间时间的中间时刻,求出0点和2点间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度,同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出。0和6两个点的瞬时速度不便求出,然后画出图线,注意相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。各段时间的平均速度作为中间时刻的瞬时速度分别为v1=0.195 m/s;v2=0.40 m/s;v3=0.61 m/s;v4=0.69 m/s;v5=0.70 m/s,再以O点为坐标原点建立直角坐标系,横坐标表示时间,纵坐标表示速度,在直角坐标系中描点,然后连线得到v-t图像如图所示。
2.用打点计时器测量瞬时速度的方法
实验1：练习使用打点计时器
实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度
1.打点计时器的使用原理及结构
电磁打点计时器
电火花打点计时器
数字计时器