第一章 第四节 测量直线运动物体的瞬时速度（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】同步导学（粤教版2019）

第四节　测量直线运动物体的瞬时速度 [学习目标]　1.能完成测量物体做直线运动的瞬时速度的实验.2.能根据已有实验方案，使用打点计时器等器材测量实验数据，能分析实验数据及实验中的误差.3.学会分析纸带记录的信息，能运用图像法处理实验数据． 一、打点计时器 1．打点计时器 打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器，实验室常用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器． (1)电火花计时器 ①构造：如图甲所示． ②工作原理：通过有规律的火花放电，让墨粉在纸带上留下点迹． (2)电磁打点计时器 ①构造：如图乙所示． ②工作原理：应用电磁铁的原理，让振针有规律地振动，通过复写纸在纸带上打下点迹． 2．两种计时器的比较 比较项目 电磁打点计时器 电火花计时器 相同点 频率 50 Hz 周期 0.02 s 作用 记录位置、时刻(或位移、时间) 不同点 工作电压 交流4～6 V 交流220 V 打点方式 振针振动 电火花放电 阻力来源 振针与纸带间的摩擦、限位孔与纸带间的摩擦 纸带本身的运动 阻力大小 较大 较小 3.实验：练习使用打点计时器 (1)按照说明书安装好纸带． (2)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，选取点迹清晰的一段，以某个点记作第1个点，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Δt＝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Δx.把测量值和计算结果填入下表中． 点数n/个 点间隔数(n－1)/个 时间Δt/s 位移Δx/m 二、用打点计时器测量瞬时速度的方法 当一段位移Δx对应的时间Δt很小时，我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt中某一时刻的瞬时速度．如图所示，可以大致表示C点的瞬时速度，即vC＝.A、B两点离C点越近，算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度，然而A、B两点距离过小时，测量误差会增大，所以应根据实际情况选取这两个点． 三、实验：测量沿斜面运动小车的瞬时速度 1．实验目的与原理 (1)实验目的 测量做直线运动的物体在某时刻或经过某位置时的瞬时速度的大小． (2)实验原理 极短时间(或极短位移)内的平均速度，视为物体在某时刻(或某位置)的瞬时速度． (3)需测量的物理量 极短过程中的时间和位移． 2．实验步骤 (1)如图所示，把打点计时器固定在斜面的顶端→安装纸带→接通电源→让小车带动纸带运动，在纸带上打出一系列的点． (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0.1 s标一个计数点，用刻度尺测量相邻计数点间的距离分别为s1，s2，s3，s4，s5(如图所示)． 3．数据处理 (1)利用v＝计算各计数点对应的瞬时速度． ①若打点计时器的工作周期为0.02 s，那么相邻计数点间隔的时间T＝5×0.02 s＝0.1 s. ②在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度．如图所示，各计数点对应的瞬时速度可近似用平均速度来代替，即v1＝，v2＝，… (2)根据各点的瞬时速度及对应的时间，可画出v ­t图像． 4．实验结论 根据v ­t图像，则可判定小车沿斜面向下做变速直线运动． 四、数字计时器 1．装置 如图所示的是由数字计时器和光电门一起组成的计时测量装置 2．记录 (1)记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间． (2)记录物体经过两个光电门之间的时间． (3)可测量物体运动的瞬时速度和平均速度. 探究点一　实验原理与操作 一、打点计时器的原理及使用 打点计时器是高中物理中重要的实验仪器，关于图中甲、乙两种打点计时器，请回答下面的问题． (1)甲图是________计时器，电源采用的是________． (2)乙图是________计时器，电源采用的是________． (3)甲、乙两种打点计时器所用电源频率为50 Hz，则打点周期分别为________s和________s. 解析：　甲为电磁打点计时器，采用的是4～6 V的交变电源；乙为电火花计时器，采用的是220 V的交变电源；两种打点计时器所用电源频率为50 Hz，则打点周期均为T＝ s＝0.02 s. 答案：　(1)电磁打点　4～6 V交变电源　(2)电火花　220 V交变电源　(3)0.02　0.02 二、实验：测量纸带的平均速度和瞬间速度 1．打点纸带的数据的测量 测量各段距离时，用长尺一次性完成较好(如图1)，以减小实验误差，不要用短尺分段测量(如图2)． 2．计时点和计数点有的不同 计时点是打点