第一章 3.2 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【金版新学案】配套教师用书（人教版）

第2课时　实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 一、实验目的 1．学会用打点计时器测量纸带的平均速度和瞬时速度 2．能利用v ­t图像分析实验数据，描述物体的运动 二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、学生电源、复写纸、导线、刻度尺、纸带、坐标纸 三、实验原理与设计 1．实验的基本思想——极限思想(微元法) 2．实验原理 (1)速度的计算：根据纸带计算平均速度：根据v＝可求出任意两点间的平均速度。 (2)位移的测量：Δx是纸带上两点间的距离，利用刻度尺测量。 (3)时间的测量：Δt是这两点间的时间间隔。在Δt足够小时，我们可以认为其平均速度近似看作某点的瞬时速度。 四、实验步骤 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4～6 V低压交变电源；电火花打点计时器接220 V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．取下纸带，整理好实验器材 五、数据收集与分析 1．计算实验中运动的纸带某些点间的平均速度 (1)在上图中选取纸带上一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用数字1，2，3，…标出这些计数点。 (2)测量各计数点到起始点0的距离x，记录在自己设计的表格中。 (3)计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt。 (4)根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。 2．计算实验中纸带上各计数点的瞬时速度 (1)从纸带起始点0算起，后面每3个点取一个计数点。 (2)测量各计数点到起始点0的距离x，记录在自己设计的表格中。 (3)计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt。 (4)根据Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速度。将算出的各计数点的速度值记录在自己设计的表格中。 (5)根据v＝计算E点的瞬时速度，即vE＝。 注意：　E点的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示，即vE≈DF。DG也可以表示E点的瞬时速度，但误差会偏大。 3．用v ­t图像描述物体的速度 (1)以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。 (2)根据不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。 (3)用平滑曲线把这些点连接起来，即得到v ­t图像。 系统误差和偶然误差 (1)系统误差 ①来源：实验原理不够完善，实验仪器不够精确，实验方法粗略。 ②特点：实验结果与真实值的偏差总是偏大或偏小。 ③减小方法：优化实验原理，提高实验仪器的测量精确度，设计更精巧的实验方法。 (2)偶然误差 ①来源：偶然误差是由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的。例如，用刻度尺多次测量长度时估读值的差异，电源电压的波动引起测量值的微小变化等。 ②特点：多次重复测量时，偶然误差有时偏大，有时偏小，且偏大和偏小的概率比较接近。 ③减小方法，多次测量取平均值可以减小偶然误差。 打点纸带的数据如何测量误差更小 测量各段距离时，用长尺一次性完成较好，以减小实验误差，不要用短尺分段测量。 计时点和计数点有什么不同？ 计时点是打点计时器在纸带上打出来的点。 计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点，一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点。选择点迹清晰的点开始，通常每5个计时点取一个计数点，相邻计数点的时间间隔为0.1 s。 探究点一　教材原型实验 角度1　实验原理和实验操作 (1)图甲是电火花打点计时器的示意图。电火花打点计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用______(选填“交流”或“直流”)电源，当电源的频率是50 Hz时，每隔________s打一次点。电火花打点计时器使用时的基本步骤如下： A．当纸带完全通过电火花打点计时器后，及时关闭电源 B．将电火花打点计时器电源插头插入相应的电源插座 C．将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花打点计时器 D．接通开关，听到放电声，立即拖动纸带运动 上述步骤正确的顺序是________。(按顺序填写步骤字母) (2)如图乙所示的纸带是某同学练习使用电火花打点计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花打点计时器，从点迹的分布情况可以断定纸带运动得________(选填“越来越快”或“越来越慢”)。若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时________s。 解析：　(1)电火花打点计时器和电磁打点计时器都是使用交变电源的计时仪器，当电源的频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点；实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则，故正确的步骤顺序是CBDA。 (2)打点计时器所用电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点，从左往右，纸带上两点之间的距离越来越大，说明纸带运动得越来越快。从打下A点到打下B点共14个