第一章 第四节 测量直线运动物体的瞬时速度-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，粤教版）

第四节　测量直线运动物体的瞬时速度 一、实验目的 1.了解打点计时器的结构、原理及使用方法. 2.学会用打点计时器测量物体的速度. 3.了解数字计时器的测速方法. 4.能利用v-t图像表示速度. 二、实验原理 1.打点计时器的原理及使用. 项目 电火花计时器 电磁打点计时器 图示 原理 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电打点 电磁作用下振针振动打点 工作 电压 220 V交流电源 4～6 V交流电源 打点 方式 周期性产生电火花 振针周期性 上下振动 打点 周期 0.02 s 记录 信息 位移、时间 2.练习使用打点计时器. 3.测平均速度、瞬时速度的原理. (1)用跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录物体的位移和时间,用刻度尺测出两个计数点间的位移Δx,确定打两个点间的时间Δt,则 =,当Δt很小时,可表示t时刻的瞬时速度. (2)由小球通过光电门的时间和小球直径计算小球的瞬时速度. 三、实验器材 　电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、数字计时器、长木板、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等. 四、实验步骤 实验1 1.把打点计时器固定在水平桌面上并穿好纸带. 2.把打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源的接线柱相连接. 3.启动电源,用手水平拉动纸带,纸带上就打出一系列点迹. 4.关闭电源,取下纸带,从能看得清的某个点数起,往后数出若干个点,如果数出n个点,纸带的运动时间Δt=0.02(n-1) s. 5.用刻度尺依次测量从第一个点到第n个点间的距离Δx. 6.利用公式 =,计算出纸带在各段时间内的平均速度,n取值越小,其平均速度越接近其瞬时速度. 实验2 　利用打点计时器获取在斜面上运动的小车的运动纸带,求小车的瞬时速度. 实验3 　将一定宽度的物体通过光电门,由获取的宽度和数字计时器的时间求物体的瞬时速度和平均速度. 一、数据处理(实验1) 1.两种点的区别 项目 计时点 计数点 含义 纸带上实际打出的点 在纸带上人为划分的点 示例 计时 周期 T=0.02 s 每5个(每隔4个)计时点为1个计数点时,T=0.1 s 说明 (1)在实际应用中,常常考虑的是计数点. (2)在打出的纸带中,一般选取点迹清晰的纸带进行分析 2.利用纸带计算瞬时速度的方法 (1)纸带的信息. ①纸带上任意相邻两点之间的时间是一定的,其疏密程度反映了与纸带相连的物体运动的快慢,如图甲所示. ②纸带上的点记录了物体的运动时间,也记录了运动物体在不同时刻的位置. (2)利用纸带计算瞬时速度的原理. 如图乙所示,纸带上E点的瞬时速度可用C、G或D、F间的平均速度代表,但用D、F间的平均速度表示时更精确. (3)利用纸带计算瞬时速度的步骤. ①选纸带:点迹清晰,所用清晰点基本上在同一条直线上. ②选取计数点:从能够看清的某个点开始,每隔四个点取一个计数点,每两个计数点的时间间隔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”,如图丙所示. ③测量长度:测量各计数点间距离时,用长刻度尺一次性完成较好,先记下各计数点对应的刻度,再依次算出OA、AB、BC、CD…之间的距离s1、s2、s3、s4…不要用短尺分段测量,以减小实验误差. ④求各点的速度:A、B、C、D…各点的瞬时速度可表示为vA=,vB=,vC=,vD=… ⑤填表格. 位置 A B C D E F Δs/m v/(m·s-1) ⑥作v-t图像:根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来. 说明:实验3中可以用小球通过光电门的平均速度表示小球的瞬时速度;改变下面的光电门的位置,可得其他时刻小球的速度. 二、误差分析 1.测量中的误差 (1)绝对误差:绝对误差是测量值与真实值之差,即绝对误差=|测量值-真实值|.设某物理量的测量值为x,它的真实值为a,绝对误差Δx=|x-a|. (2)相对误差:相对误差等于绝对误差与真实值之比,常用百分数的形式,相对误差通常用δ表示,δ=×100%. (3)系统误差:系统误差是由于仪器本身不精确,或实验方法粗略,或实验原理不完善而产生的.其特点是,在多次重做同一次实验时,其结果总是同样地偏大或偏小,不会出现有多次偏大而另外几次偏小的情况. (4)偶然误差:是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的.偶然误差的特点是,多次重做同一实验时,结果有时偏大,有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同. 2.实验误差分析 项目 产生原因 减小方法 系统 误差 利用平均速度来代替瞬时速度 用以计数点为中心的较小的Δx来求