2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 —鲁科版（2019）高中物理必修第一册课件(共19张PPT)

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？ 引入课题 一、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 两种常见打点计时器 直流？ 交流？ 电磁打点计时器 （1）原理 （2）构造 （3）工作电压：4-6V 电火花打点计时器 （1）构造：如下图 （2）原理：脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电 （3）工作电压：220V 尖端放电 0.02s 打点计时器是一种计时仪器，并且能记录物体的相对位置。 使用的共同特点： 必须使用交流电 我国民用交流电频率为50Hz，所以所打的两个点间的时间间隔为0.02s 利用频闪照相法。 ①频闪照相法：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 。 ②频闪灯：每隔_________时间闪光一次，如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。  ③频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等_________所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。  ④记录信息：物体运动的时间和_________。 　相等　 　时间　 　位移　 【实验目的】 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。 【实验器材】 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(或者轨道)、U形夹、小车、毫米刻度尺。  【实验原理与设计】 1.实验原理： (1)电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为0.02s。 (2)可测物理量：相邻两点之间的距离可以刻度尺测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的位移。由此可获知物体运动的速度等。    (3)瞬时速度的求法及匀变速直线运动的判断。 ①利用平均速度v= ，当Δt很短时，可以近似认为平均速度等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动。  ②v -t图像描述物体的速度:以速度v为纵轴,时间t为横轴建立直角坐标系. 根据v -t图像，也可得到小车的加速度。 【实验步骤】 1.将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜。 2.连接好打点计时器的电路(注意此过程中要断开开关)。 3.将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器。 4.闭合电路开关，稍后（打点稳定后）释放小车，打完纸带后立即关闭电源 。 5.更换纸带，重复操作三次。 数据分析 (1)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是vn= ，可求出打第n个 计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入表中。 (2)用横坐标表示时间T、纵坐标表示瞬时速度v，在坐标平面上标出(T，v1)、(2T，v2)、…各点，把这些点连接起来可画出一条直线，它就是物体运动的速度图像，从此直线的斜率就可求得物体的加速度。 计数点 1 2 3 4 时间t/s 速度v/m·s-1 【误差分析】 误差 产生原因 减小方法 偶然 误差 ①纸带上计数点间隔距离的测量 ②v-t图线作出的并非一条直线 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 系统 误差 ①小车、纸带运动过程中有摩擦 ②电源的不稳定性 ①使用电火花打点计时器 ②使用稳压电源 【讨论】 　(1)如何减小由于位移Δx的选取而带来的系统误差? (科学思维) 提示:可以选择以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。 (2)如何减小由于位移的测量而带来的偶然误差?(科学思维) 提示:①减小测量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0的距离,再分别计算出各计数点间的位移。 ②减小坐标单位选取的误差,是应选取合适的坐标单位,利用坐标纸作图。 【典例1】某同学在做“小车速度随时间变化规律”的实验,细线一端与小车相连,另一端绕过定滑轮悬挂钩码,通过打点计时器和纸带记录了小车的运动情况。 (1)实验中除了电磁打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长直轨道、细线、钩码、导线及开关外,在下面的器材中,必须使用的有(填选项代号)__________。  A.220 V、50 Hz交流电源　B.电压可调的直流电源 C.4～6 V、50 Hz交流电源 D.刻度尺 E.秒表 F.天平 (2)实验过程中,下列操作正确的是__________(填选项代号)。