第一章 第3节 第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（人教版）

第2课时　实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 [学习目标要求]　1.学会安装和使用打点计时器。2.学会测量纸带、制表及记录数据。3.掌握测量瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度。 一、实验原理 1．计算平均速度 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，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。 2．计算瞬时速度 取包含某一位置在内的一小段位移Δx，根据v＝算出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。一般地，取以这个点为中间时刻的一段位移来计算。如图所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝。 二、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。 三、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约为8 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Δt＝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。 四、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。 表2　手拉纸带的瞬时速度 位置 0 1 2 3 4 5 … x/m Δx/m Δt/s v/(m·s－1) 特别提醒：运动物体在1，2，3，4，…各点的瞬时速度分别为v1＝，v2＝，v3＝，v4＝，… 3．图像的建立 (1)根据表2中测得的各计数点的瞬时速度值，在v-t坐标系中描点。 (2)用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图所示的v-t图像。 (3)利用v-t图像分析纸带速度随时间的变化规律。 五．注意事项 1．实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。 2．使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。 3．手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 4．使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。 5．使用电磁打点计时器时，如打出的点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。 6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。 考查热点一　实验原理与操作 　研究“用打点计时器测速度”的实验： (1)(多选)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________。(填选项代号) 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)(多选)对于减小实验误差来说，下列采取的方法中正确的有________。 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