第1章 第3节 第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 (实验课—基于经典科学探究) 1．两种打点计时器的对比 电磁打点计时器 电火花计时器 结构图示 工作电压 约为8 V交流电 220 V交流电 打点方式 振针周期性上、下振动 周期性产生电火花 打点周期 0.02 s (使用50 Hz交流电) 记录信息 运动物体的位移大小、时间 2．测量平均速度 根据v＝可求出任意两点间的平均速度，其中： (1)Δx是纸带上两点间的位移大小，可以利用刻度尺测量； (2)Δt是这两点间的时间间隔，可以根据两点间隔的打点个数及打点周期确定。 3．测量瞬时速度 运动物体在某一时刻或某一位置(例如纸带上某点)的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的相距较近的两点间的平均速度来表示。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。 一、实验步骤　 1．使用打点计时器获得3～5条纸带。 2．选择一条点迹清晰便于分析的纸带，测出纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间Δt。 3．用刻度尺测量第1个点到第n个点间的位移Δx。 二、数据处理　 1．测量平均速度 若电源频率为50 Hz，每隔0.1 s(或更短)计算一次平均速度： (1)在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Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。 表1　手拉纸带的位移和平均速度 位置 0 1 2 3 4 … x/m Δx/m Δt/s v/(m·s－1) 2．测量瞬时速度 每隔0.06 s计算一次速度： (1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带； (2)从纸带起始点0算起，后面每3个点取一个计数点； (3)测量各计数点到起始点0的距离x，记录在表2中； (4)计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt； (5)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表2中。 运动物体在1,2,3,4，…各点的瞬时速度分别为v1＝，v2＝，v3＝，v4＝，… 表2　手拉纸带各计数点的瞬时速度 位置 0 1 2 3 4 5 … x/m Δx/m Δt/s v/(m·s－1) 三、注意事项　 1．如果电源频率为50 Hz，在纸带上数出了n个点，那么它们的间隔数是(n－1)个，它们的时间间隔为(n－1)×0.02 s。 2．先接通电源再拉动纸带，手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 3．计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即vn＝。 [关键点反思] 1．使用打点计时器时，先接通电源还是先释放纸带？ 提示：使用打点计时器时应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放纸带。 2．纸带上的点迹直接记录了哪些信息？ 提示：纸带上的点迹直接记录了运动物体在不同时刻的位置和不同时间内的位移及运动时间。 3．电磁打点计时器与电火花计时器相比，纸带在运动时哪个受到的阻力更小？ 提示：纸带在电火花计时器中受到的阻力更小。 　　　　　　　　　　　　　　　　 考法(一)　实验基本操作 [例1]　研究“用打点计时器测速度”的实验： (1)实验中，除电磁打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端带定滑轮的长木板、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有__________。 A．电压合适的50 Hz低压交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 (2)对于减小实验误差，下列采取的方法正确的有________。 A．选取合适的n个点为计数点 B．使小车运动得尽量慢些 C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算 D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 E．实验时尽量让小车远离打点计时器，释放小车后再接通电源 [解析]　(1)实验中必须使用的有电压合适的50 Hz低压交流电源，计算速度时需要测量各点间的距离，因此还必须使用刻度尺，故A、C正确。 (2)选取合适的n个点为计数点，有利于测量长度，以减小实验误差，选项A正确；使小车运动得尽量慢些