第1章 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【名师导航】同步Word教参(人教版)

实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 学习目标 核心素养 1.知道打点计时器的构造、工作原理及使用方法。 2.掌握用打点计时器测瞬时速度的方法。 3.理解速度—时间图像的物理意义。 1.物理观念：感受打点计时器的巧妙设计思路。 2.科学思维：领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。 3.科学探究：探究用打点计时器测量瞬时速度。 4.科学态度与责任：体验实验中理性思维的重要和物理原理在解决实际问题中的指导作用。 一、打点计时器的使用　平均速度的测量 1．把打点计时器固定在桌子上。 2．安装纸带。 3．把打点计时器的两个接线柱接到交变电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接4～6V低压交变电源，电火花打点计时器接220V交变电源)。 4．启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。随后立即关闭电源。 5．从纸带上点迹清晰的某一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用1、2、3…标出这些计数点，则两相邻计数点之间的时间间隔Δt＝0.1s。 6．用刻度尺测量出各计数点到起始点的距离。 7．计算两相邻计数点间的位移Δx。 8．利用公式v＝eq \f(Δx,Δt)计算纸带上各相邻计数点间的平均速度。 二、瞬时速度的测量　v­t图像 1．测瞬时速度的原理 纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝eq \f(Δx,Δt)，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。 如图所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝eq \f(Δx,Δt)。 2．数据处理 (1)根据v＝eq \f(Δx,Δt)计算出的速度可以代表在Δx这一段位移内任意一点的瞬时速度，将数据填入表中。 位置 0 1 2 3 4 5 6 … x/m Δx/m Δt/s v/(m·s－1) (2)建立平面直角坐标系，如图，根据测量数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到物体运动的v­t图像。 三、注意事项 1．打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置。 2．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．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。 4．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，即统一测量出各个计数点到起始点O之间的距离。 5．为减小实验误差，1、2、3、4…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T＝0.1 s。 6．计算某计数点的瞬时速度时，一般地Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝eq \f(Δxn＋Δxn＋1,2T)。 打点计时器的应用原理与操作 【例1】　(1)打点计时器是记录做直线运动物体的 和 的仪器。电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是 ，电火花打点计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50 Hz时，它每隔 s打一次点。 (2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤．其中错误的操作是 。 A．把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔 B．把打点计时器与4～6 V低压交变电源相连 C．用手水平地拉动纸带，然后启动电源 D．取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0，用公式v＝eq \f(x0,t)计算纸带运动的平均速度 [解析]　(1)打点计时器是记录运动物体时间和位移的仪器，均使用交变电源，电火花打点计时器的工作电压是220 V，当交变电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。 (2)电火花打点计时器使用220 V交变电源，故B错误；实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误。 [答案]　(1)时间　位移　220 V　0.02　(2)BC 瞬时速度的计算与速度—时间图像 【例2】　某同学在做“用打点计时器测速度”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标记为O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，每相邻两计数点间时间间隔为T，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。 (1)测得C、D两点间距x4＝2.70 cm，DE两点间距x5＝2.90 cm，则根据数据计算：打D点时纸带的速度vD＝ (用x4、x5、T表示)，速度值vD＝ m/s(保留三位有效数字)。 (2)该同学分别计算出其他点对应