(讲义)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-【提分教练】2023-2024学年新教材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 实验目标 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，分析物体的运动。 类型一　实验原理与操作 【典例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________ (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)为了减小实验误差，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，能使平均速度与瞬时速度更接近，以减小实验误差，选项A正确；使小车运动得尽量慢些，打出的点较密，为减小测量误差，所取n会较大，会使实验误差较大，选项B错误；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，这样可减小实验误差，选项C正确；选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验，可使小车运动比较平稳，各点的瞬时速度与实际更接近，可减小实验误差，选项D正确；若小车远离打点计时器，且先释放小车后打开电源，会造成点密而少，给测量、计算造成较大实验误差，选项E错误。 [答案]　(1)AC　(2)ACD 类型二　数据处理和误差分析 【典例2】　如图所示是在“用打点计时器测速度”的实验中得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0，1，2，3，4，5，6，…，现在量得0、1间的距离x1＝5.18 cm，1、2间的距离x2＝4.40 cm，2、3间的距离x3＝3.62 cm，3、4间的距离x4＝2.78 cm，4、5间的距离x5＝2.00 cm，5、6间的距离x6＝1.22 cm(f＝50 Hz)。 (1)根据上面的记录，计算打点计时器在打1，2，3，4，5点时的速度并填在下表中。 位置 1 2 3 4 5 v/(m·s-1) (2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度—时间图像，并说明小车速度变化特点。 [解析]　(1)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示。 打1点时v1＝≈1.20 m/s 打2点时v2＝≈1.00 m/s 打3点时v3＝＝0.80 m/s 打4点时v4＝≈0.60 m/s 打5点时v5＝≈0.40 m/s 将数值填入表格如下 位置 1 2 3 4 5 v/(m·s-1) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 (2)描点并连线得小车的速度—时间图像，如图所示。 由图像可知，小车速度均匀减小。 [答案]　见解析 　关于数据处理的三点提醒 (1)应用v＝求某点的瞬时速度时，应当取包含该点的尽量短的时间间隔。 (2)作v-t图像时应注意选择适当的标度，让图线在坐标纸上尽量展开。 (3)如果图线为直线，连线时要让尽量多的点落在直线上，如果为曲线，应利用平滑曲线将各点连接，偏离较远的点可舍去。 类型三　创新设计实验 【典例3】　用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1的时间为Δt1＝0.29 s，通过光电门2的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过光电门1的速度为________ m/s， 通过光电门2的速度为________ m/s。(结果均保留两位有效数字) [解析]　由于滑块经过光电门时遮光条的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光条挡光时间内的平均速度表示。 经过光电门1的速度v1＝＝ m/s≈0.10 m/s，经过光电门2的速度v2＝＝ m/s≈0.27 m/s。 [答案]　0.10　0.27 1．(1)如图所示，你的左手拿一块表，右手拿一支彩色画笔。你的同伴牵动一条宽约1 cm的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动。每隔1 s你用画笔在纸带上点一个点。你还可以练习在1 s内均匀地点上两个点。这样，就做成了一台简单的“打点计时器”。由实验可知纸带速度越大，相邻两点的距离越________(选填“远”或“近”)，纸带的速度与相邻两点所