第1章 第4节 测量直线运动物体的瞬时速度（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（粤教版2019）

第四节　测量直线运动物体的瞬时速度

一、本版教材实验理清楚

实验目的

1．了解打点计时器的结构、工作原理及使用方法。

2．学会用打点计时器测量物体的速度。

3．能利用实验数据描绘物体的v-t图像，描述分析物体的运动。

 

 

 

 

 

实验原理

1．两种打点计时器的对比

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：s是纸带上两点间的位移，可以利用刻度尺测量；t是这两点间的时间，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：在直线运动中，要测量物体在某一点的瞬时速度，可以用测量包含这一点的平均速度来近似替代。

4．数字计时器

(1)装置组成：数字计时器和光电门。

(2)计时原理：当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时；当物体离开光电门时，数字计时器停止计时。这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。

(3)应用：数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度。

 

实验器材

电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、复写纸(或墨粉纸盘)、导线若干、刻度尺、纸带、坐标纸。

实验步骤

1．了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上。

2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与4～6 V的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面(或把电火花计时器与220 V交流电源连接，把纸带穿好，压在墨粉纸盘下面)。

 

3．接通电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。

4．重复步骤2、3，获得3～5条纸带。

5．选择一条点迹清晰便于分析的纸带，往后数n个点，n个点之间的间隔数为n－1，纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间t＝0.02(n－1)s。

6．用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的位移Δx。

数据处理

1．测量纸带的平均速度

从打第1个点到打第n个点，纸带的运动时间为Δt＝0.02(n－1)s，纸带的位移为Δx，纸带的平均速度v＝。把测量和计算的结果填入表中。

 

2.用打点计时器测量瞬时速度

(1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带。

(2)从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间T＝5×0.02 s＝0.1 s。在纸带上用O、A、B、C、D、…标出这些“计数点”，如图所示。

用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD、…的距离是d1、d2、d3、d4、…，再利用s1＝d1、s2＝d2－d1、s3＝d3－d2、s4＝d4－d3、…确定出OA、AB、BC、CD、…之间的位移s1、s2、s3、s4、…

(3)运动物体在A、B、C、D、…各点的瞬时速度分别为vA＝、vB＝、vC＝、vD＝、…

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。

误差分析

1．利用平均速度来代替运动物体在某计数点的瞬时速度会带来系统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移s来求平均速度。