第4节 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度（教学课件）物理鲁科版2019必修第一册

高中物理必修一 第二章 匀变速直线运动 第四节 科学测量： 做直线运动物体的瞬时速度 引入 在研究物体的运动规律时，往往需要记录物体的位置与时间，并进行测量与计算。 一般测量工具： 直尺－测量位置间的距离--位移大小 秒表－测量时间 用这两种工具测量就会产生较大的误差 但当物体运动较快时 一、记录位移与时间的工具 两种常用打点计时器 1、打点计时器 工作电压： 交流电，4～6 V 交流电，220 V 打点频率： 由所接电源频率所决定。我国市电频率为50HZ,即每秒可打50个点 打点周期： 0.02 s 任意相邻两点对应间隔的时间均为 0.02 s 0.02s 实验室常用打点计时器记录位移与时间 2、 频闪相机 特点：每隔相等时间闪光一次的特点，可得运动物体间隔相等时间的频闪照片，这些照片能反映出该物体每隔相等时间所到达的位置信息。 频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而间隔相等时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点。 判断照片中摩托车的三种运动分别属于什么运动？ 3、 模拟打点计时器 研究物体运动情况，当缺少相应的实验条件，还可利用“模拟打点计时器”等简易方法获取位移与时间信息。 按一定间隔的时间（如每秒１次或每秒 2 次）点击纸带 拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶竞走，然后通过留在地上的水印分析他的速度变化情况 二、测量小车的瞬时速度 2、原理 实验原理与设计 1、实验装置 (1)测小车瞬时速度：在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。 例如，若测量打下点 1 时小车的瞬时速度，我们可选择点 1 前后附近的两个点，若这两点的间隔时间很短，则两点间的平均速度可近似视为打下点 1 时小车的瞬时速度。考虑到实际测量的误差，所选择的两点也不宜太近，一般可选择点 0 和点 2。 实验装置如图 2-19 所示。 同理，可近似求出打下点 2，3，…时小车的瞬时速度 … （2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动: 2、原理 根据各点的瞬时速度及对应的时间，可画出 v-t 图像。若多次反复实验后得到的图像皆近似为直线，则可初步判定小车沿斜面向下做匀变速直线运动。 根据 v-t 图像，利用 也可得到小车的加速度。 × × 实验步骤 （1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面,如图2-19。 （2）将长 60 cm 左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。 （3）打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。 （4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点 0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点 1，2，3，4，5，… （5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点 0 对应的时间 t，测量各计数点与下一相邻计数点间的距离 s，将t 和 s 的相应数据填入表 2-2 中。 数据处理分析 图 2-20 是小车下滑过程中打点计时器打出的纸带。 在纸带上，选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点 0，依次向后每 5 个点选取一个计数点，分别记为 1，2，3，…用刻度尺量出相邻计数点间的长度，分别记为 s 1 ，s 2 ，s 3 ，…由前述可知，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 = 0.10 s。 （1）计算计数点 1，2，3，…对应的瞬时速度。 … 数据处理分析 （2）在图 2-21 上绘制速度随时间变化的 v-t 图像，判断小车是否做匀变速直线运动。描点时，偏离直线太多的点应舍去。 实验结论 1、小车在上述 5 个计数点的瞬时速度分别为： 2、根据v-t 图像判断，小车运动的v-t图象是一条直线，所以，小车做 直线运动。 × × × × × 讨论 （1）为什么标出计数点时要避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点 0 ？选取的计数点间隔的时间越小，平均速度就越接近瞬时速度，实验误差是否就一定越小？ （2）请说明你是如何得出瞬时速度的，并解释得出上述实验结论的理由。 （3）你能否根据上述 v-t 图像求出小车的加速度大小？ 为了减少测量误差。小车速度小点密集则多取几个点为计数点，反之可少取。 拓展 1、利用相同时间相邻的两段位移差判断是否为匀变速运动 若得得的数据在误差范围内相等，则该运动为匀变速直线运动 结论：在误差范围内，上述相同时间相邻的两段位移差相等，所以该运动是匀变速直线运动 拓展 2、利用“逐差法”法，计算加速度。 逐差法是提高实验数据利用率、减小偶然误差的一种方法