1.5 实验：测量直线运动物体的瞬时速度-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

2023-2024学年 高一 元创物理 提前学 + 强基础 必修一第一章：运动的描述 5.实验：测量直线运动物体的瞬时速度 核心目标 1. 了解打点计时器的种类、原理及使用要点，会用打点计时器测位移和时间，了解测量速度的原理和方法。 2. 会做“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验，会分析、处理纸带，会处理实验数据，知道实验存在误差。 【阅读+理解】----提前学知识要点 1. 位移和时间的测量   生活中，可以用照相的方法记录物体的位置，用钟表记录物体运动的时刻，也可以用频闪照相的方法同时记录物体运动的时刻和位置。 学校实验室中常用打点计时器来记录时间和位移。电磁打点计时器是一种使用交变电源的计时仪器 （如图），工作电压为4~6 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点。当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小。由这些点的位置，我们可以了解物体运动的情况。 还有一种打点计时器叫作电火花打点计时器，它的计时原理与电磁打点计时器相同，不过，在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。 实验：练习使用打点计时器 1.了解打点计时器的构造，然后把它固定好。 2.安装纸带。 3.启动电源，用手水平拉动纸带（如图），纸带上就打出一行小点。随后关闭电源。 4.取下纸带，从能够看清的某个点开始（起始点），往后数出若干个点。例如数出n个点，算出纸带从起始点到第 n 个点的运动时间 t。 5.用刻度尺测量出从起始点到第 n 个点的位移 x。 测量之前，自己先设计一个表格，用来记录时间及位移。 注意：通过测量仪器直接读取的数据是原始数据。它是宝贵的实验资料，要如实记录、妥善保存。 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 测量平均速度 下图是打点计时器打出的一条纸带示意图。若想计算实验时运动的纸带在D、G两点间的平均速度v，只需测出 D、G间的位移Δx和所用的时间Δt，就可以算出平均速度 v＝ 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，记录在表1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Δ t计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。 测量瞬时速度 如何测量上图中E点的瞬时速度？ E 点在D、G 两点之间， D、G两点间的平均速度我们可以求出。如果不要求很精确，用这个平均速度粗略地代表E 点的瞬时速度，也未尝不可。 如果把包含E 点在内的间隔取得小一些，例如取下图中的DF 线段，那么经过 D、F 两点所用的时间 Δt 就会变短，用两点间的位移Δx和时间Δt 算出的平均速度代表纸带在E点的瞬时速度，就会精确一些。 D、F 两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。 注意：D、F两点间距离过小，测量误差会增大。所以，实际测量中要根据需要及所用仪器的情况，在要测量的点附近选取合适的位移和时间。请考虑此实验中产生误差的原因。 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，记录在表2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Δ t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表 2 中。 3.速度—时间图像   物体运动的速度随时间变化的情况可以用图像来直观表示。 以时间t为横轴，速度v为纵轴，坐标中的图像即为速度—时间图像或v-t 图像。 下图甲是根据某同学的实测数据所描的点，从这些点的走向能够大致看出纸带运动速度的变化规律。为了更清晰些，可以用折线把这些点连起来（图乙）。然而我们知道，通常速度不会发生突变，所以，如果用一条平滑的曲线来描出这些点，曲线所反映的情况就会与实际更加接近（图丙）。 注意：如果有些点难以落在曲线上，应该使它们大致均匀地分布在曲线两侧。这样曲线就更符合实际的规律。 拓展学习：借助传感器与计算机测速度 如图是利用位移传感器测量速度的示意图。 发射器A固定在被测的运动物体上，接收器B固定在桌面上或滑轨上。测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲（即持续时间很短的一束红外线和一束超声波）。B收到红外线脉冲开始计时，接收到超声波脉冲时停止计时。根据两者的时差和空气中的声速，计算机自动算出A与B的距离（红外线的传播时间可以忽略）。 经过短暂的时间Δt后，传感器和计算机系统自动进行第二次测量，得到物体的新位置。算出两个位置差，即物体运动的位移Δx ，系统按照 v＝算出速度