1.3 专题 平均速度 瞬时速度 DIS系统 暑期讲义 -2024-2025学年高一上学期物理沪教版（2019）必修第一册

平均速度 瞬时速度 DIS系统 知识点一：平均速度和瞬时速度 一、速度与速率 （1）速度是描述质点运动快慢和方向的物理量。速度等于质点的位移s跟发生这一位移所用时间t之比。即 速度是矢量，它的方向与运动方向相同。单位是（读作米每秒）。 （2）速率是指速度的大小，等于路程与时间的比值，速率是标量，单位是。 二、平均速度 （1）定义：在某段时间内物体的位移s与发生这段位移所用时间t的比值，公式 （2）意义：表示物体在某段时间或某段位移内运动的平均快慢程度。 （3）矢量性：平均速度的方向与t时间内发生的位移s的方向相同。 （4）图像表示：平均速度在s-t图像上是某两点连线的斜率；在v-t图像上是图像所围成面积的代数和除以该段时间。 三、瞬时速度 （1）定义：某时刻的速度，简称速度。速度方向就是此刻的运动方向；它是精确描述物体此刻运动快慢与方向的物理量。 （2）意义：表示物体在某时刻或某位置时运动快慢的程度。 （3）矢量性：瞬时速度的方向与（但）极短时间内发生的位移s的方向相同。 （4）图像表示：瞬时速度在s-t图像上是某一点切线的斜率；在v-t图像上是某时刻所对应的速度大小与方向。 知识点二：数字化信息系统（DIS） 一、现代实验技术——数字化信息系统（DIS）： 1、作用：利用现代信息技术进行实验研究 2、基本结构： （1）传感器：可测光、声、力等一系列物理量，将其转化为电信号。 （2）数据采集器：将电信号处理后输入计算器中。 （3）计算器：软件处理输入信号，并将结果显示出来。 二、用DIS测定位移和平均速度 1、将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做匀速直线运动），将数据采集器相连。 2、开启计算机和数据采集器电源，运行DIS应用软件，选择“教材专用”点击实验条目中的“测量运动物体的位移和速度”，出现相应的界面。 3、点击“开始记录”，放开小车使其运动，计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s-t图中将出现对应的数据点，从点的走向可大致看出小车位移随时间的变化的规律。 4、点击“数据点连线”，得出位移随时间变化的曲线（s-t图） 5、点击“选择区域”，取A、D两点，图中直角三角形水平边为两点的时间间隔Δt，竖直边为两点位移的变化量Δs，其斜边的斜率即为平均速度值，实验下方速度窗口中将显示该速度的值。 6、将类似于上述实验界面图中“AD”、“AC”、“AB”选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数据，并将数值填入表格内。 实验结论 选取不同的时间段得到的平均速度值往往是不同的。增大轨道倾角并重复实验，可发现同样的时间段内的平均速度值会增大。 三、用光电门测瞬时速度： 1、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。 2、开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定瞬时速度”，出现相应软件界面。 3、点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，分别记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。 例题精讲 【例1】如图1所示，在1000 m体能测试中，小明沿某圆形400 m跑道从A点出发，其成绩为3分40秒，下列说法正确的是 （ ）（多选） A．小明的平均速率约为4.55 m/s B．小明的平均速率约为0.91 m/s C．小明的平均速度约为0.91 m/s D．小明的平均速度约为0.58 m/s 【例2】物体M从A运动到B，前半程平均速度为v1，后半程平均速度为v2，那么全程的平均速度是 （ ） A． B． C． D． 【例3】关于瞬时速度和平均速度，以下说法正确的是 （ ）（多选） A．一般讲平均速度时，必须讲清楚是哪段时间（或哪段位移）内的平均速度 B．对于匀速直线运动，其平均速度跟哪段时间（或哪段位移）无关 C．瞬时速度和平均速度都可以精确描述变速运动 D．瞬时速度是某时刻的速度，只有瞬时速度才能精确描述变速运动物体运动的快慢 【例4】如图所示，一个人沿着一个圆形轨道运动，由A点开始运动，经过半个圆周到达B点．下列说法正确的是 （ ）（多选） A．人从A到B的平均速度方向由A指向B B．人从A到B的平均速度方向沿B点的切线方向 C．人在B点的瞬时速度方向由A指向B D．人在B点的瞬时速度方向沿B点的切线方向 【例5】用DIS测瞬时速度的实验中下列器材中必需的是 （ ）（多选） A．位移传感器 B．光电门传感器 C．挡光片 D．配重片 【例6】利用现代信息技术进行的实验叫做DIS实验，DIS由传感器、__________和__________组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为： A．位移传感器 B．速度传感器 C．时间传感器 D．光电门传感器 【例7】光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，图乙中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.5×10－2 s和1.0×10－2 s，小滑块d的宽度为0.5 cm。可测出滑块通过光电门1的速度v1＝______m/s，滑块通过光电门2的速度v2＝______m/s。 【例8】在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是 （ ）（多选） A．位移传感器的发射器发射窗口应对准接收器的信号接收窗口 B．位移传感器的发射器发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗门 C．连接到数据采集器上的是发射器部分 D．实验开始前，必须先打开发射器的电源开关 【例9】用DIS实验系统研究物体运动的s-t图，得到如图所示的图像，从图中可知小车运动的方向是_________（选填“靠近”或“远离”）位移传感器的接收部分，2.0~3.0s间的一段水平线表示_____________________。 【例10】在实验中得到小车做直线运动的s-t关系如图所示。 （1）由图可以确定，小车在BC段和CD段的运动情况，下列说法中正确的是 （ ） A．BC段是加速运动；CD段是减速运动。s/m t/s A B C D 2 4 6 2 4 6 0 B．BC段是匀速运动；CD段是匀加速运动。 C．BC段是匀速运动；CD段是减速运动。 D．BC段是加速运动；CD段是匀加速运动 （2）图中B点对应的运动状态的瞬时速度大小是______m/s。 【例11】用DIS系统测小车经过光电门时的瞬时速度，实验中是必须每次都让小车从______开始静止滑下，保证每次遮光板前沿经过光电门处的速度是相等的，得到的数据才有可比性。某实验小组的实验数据记录在表格中，根据实验数据记录，其中宽度为______m的一块遮光板测出的平均速度最接近遮光板前沿经过光电门处的瞬时速度。 次数 挡光片宽度b/m 通过光电门时间t/s 速度v（m/s） 1 0.08 0.09750 0.821 2 0.06 0.07349 0.816 3 0.04 0.04950 0.808 4 0.02 0.02481 0.806 学科网（北京）股份有限公司 $$ 平均速度 瞬时速度 DIS系统 知识点一：平均速度和瞬时速度 一、速度与速率 （1）速度是描述质点运动快慢和方向的物理量。速度等于质点的位移s跟发生这一位移所用时间t之比。即 速度是矢量，它的方向与运动方向相同。单位是（读作米每秒）。 （2）速率是指速度的大小，等于路程与时间的比值，速率是标量，单位是。 二、平均速度 （1）定义：在某段时间内物体的位移s与发生这段位移所用时间t的比值，公式 （2）意义：表示物体在某段时间或某段位移内运动的平均快慢程度。 （3）矢量性：平均速度的方向与t时间内发生的位移s的方向相同。 （4）图像表示：平均速度在s-t图像上是某两点连线的斜率；在v-t图像上是图像所围成面积的代数和除以该段时间。 三、瞬时速度 （1）定义：某时刻的速度，简称速度。速度方向就是此刻的运动方向；它是精确描述物体此刻运动快慢与方向的物理量。 （2）意义：表示物体在某时刻或某位置时运动快慢的程度。 （3）矢量性：瞬时速度的方向与（但）极短时间内发生的位移s的方向相同。 （4）图像表示：瞬时速度在s-t图像上是某一点切线的斜率；在v-t图像上是某时刻所对应的速度大小与方向。 知识点二：数字化信息系统（DIS） 一、现代实验技术——数字化信息系统（DIS）： 1、作用：利用现代信息技术进行实验研究 2、基本结构： （1）传感器：可测光、声、力等一系列物理量，将其转化为电信号。 （2）数据采集器：将电信号处理后输入计算器中。 （3）计算器：软件处理输入信号，并将结果显示出来。 二、用DIS测定位移和平均速度 1、将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做匀速直线运动），将数据采集器相连。 2、开启计算机和数据采集器电源，运行DIS应用软件，选择“教材专用”点击实验条目中的“测量运动物体的位移和速度”，出现相应的界面。 3、点击“开始记录”，放开小车使其运动，计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s-t图中将出现对应的数据点，从点的走向可大致看出小车位移随时间的变化的规律。 4、点击“数据点连线”，得出位移随时间变化的曲线（s-t图） 5、点击“选择区域”，取A、D两点，图中直角三角形水平边为两点的时间间隔Δt，竖直边为两点位移的变化量Δs，其斜边的斜率即为平均速度值，实验下方速度窗口中将显示该速度的值。 6、将类似于上述实验界面图中“AD”、“AC”、“AB”选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数据，并将数值填入表格内。 实验结论 选取不同的时间段得到的平均速度值往往是不同的。增大轨道倾角并重复实验，可发现同样的时间段内的平均速度值会增大。 三、用光电门测瞬时速度： 1、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。 2、开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定瞬时速度”，出现相应软件界面。 3、点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，分别记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。 例题精讲 【例1】如图1所示，在1000 m体能测试中，小明沿某圆形400 m跑道从A点出发，其成绩为3分40秒，下列说法正确的是 （ ）（多选） A．小明的平均速率约为4.55 m/s B．小明的平均速率约为0.91 m/s C．小明的平均速度约为0.91 m/s D．小明的平均速度约为0.58 m/s 【难度】★★ 【答案】AD 【解析】平均速率为路程与时间的比值，所以平均速率v1＝＝≈4.55 m/s，平均速度为位移与时间的比值，所以平均速度v＝＝≈0.58 m/s。所以选A、D。 【例2】物体M从A运动到B，前半程平均速度为v1，后半程平均速度为v2，那么全程的平均速度是 （ ） A． B． C． D． 【难度】★★ 【答案】D 【例3】关于瞬时速度和平均速度，以下说法正确的是 （ ）（多选） A．一般讲平均速度时，必须讲清楚是哪段时间（或哪段位移）内的平均速度 B．对于匀速直线运动，其平均速度跟哪段时间（或哪段位移）无关 C．瞬时速度和平均速度都可以精确描述变速运动 D．瞬时速度是某时刻的速度，只有瞬时速度才能精确描述变速运动物体运动的快慢 【难度】★★ 【答案】ABD 【解析】一般情况下，物体在不同时间（或不同位移）内的平均速度不同，但对于匀速直线运动，物体的速度不变，所以平均速度与哪段时间（或哪段位移）无关，故A、B均正确；平均速度只能粗略地描述变速运动，只有瞬时速度才能精确描述变速运动的物体运动的快慢，故C错，D正确。 【例4】如图所示，一个人沿着一个圆形轨道运动，由A点开始运动，经过半个圆周到达B点．下列说法正确的是 （ ）（多选） A．人从A到B的平均速度方向由A指向B B．人从A到B的平均速度方向沿B点的切线方向 C．人在B点的瞬时速度方向由A指向B D．人在B点的瞬时速度方向沿B点的切线方向 【难度】★★ 【答案】AD 【解析】物体在某段时间内平均速度的方向与位移的方向相同，所以人从A到B的平均速度方向由A指向B，A正确，B错误。物体在某一点的瞬时速度的方向就是物体在该点的运动方向，人在B点时的运动方向为沿B点的切线方向，所以人在B点的瞬时速度方向沿B点的切线方向，C错误，D正确。 【例5】用DIS测瞬时速度的实验中下列器材中必需的是 （ ）（多选） A．位移传感器 B．光电门传感器 C．挡光片 D．配重片 【难度】★ 【答案】BC 【例6】利用现代信息技术进行的实验叫做DIS实验，DIS由传感器、__________和__________组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为： A．位移传感器 B．速度传感器 C．时间传感器 D．光电门传感器 【难度】★ 【答案】数据采集器；计算机；D 【例7】光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，图乙中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.5×10－2 s和1.0×10－2 s，小滑块d的宽度为0.5 cm。可测出滑块通过光电门1的速度v1＝______m/s，滑块通过光电门2的速度v2＝______m/s。 【难度】★★ 【答案】0.2；0.5 【例8】在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是 （ ）（多选） A．位移传感器的发射器发射窗口应对准接收器的信号接收窗口 B．位移传感器的发射器发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗门 C．连接到数据采集器上的是发射器部分 D．实验开始前，必须先打开发射器的电源开关 【难度】★ 【答案】AD 【例9】用DIS实验系统研究物体运动的s-t图，得到如图所示的图像，从图中可知小车运动的方向是_________（选填“靠近”或“远离”）位移传感器的接收部分，2.0~3.0s间的一段水平线表示_____________________。 【难度】★ 【答案】远离；小车处在静止状态 【例10】在实验中得到小车做直线运动的s-t关系如图所示。 （1）由图可以确定，小车在BC段和CD段的运动情况，下列说法中正确的是 （ ） A．BC段是加速运动；CD段是减速运动。s/m t/s A B C D 2 4 6 2 4 6 0 B．BC段是匀速运动；CD段是匀加速运动。 C．BC段是匀速运动；CD段是减速运动。 D．BC段是加速运动；CD段是匀加速运动 （2）图中B点对应的运动状态的瞬时速度大小是______m/s。 【难度】★★ 【答案】（1）C（2）1.6~1.9皆正确 【例11】用DIS系统测小车经过光电门时的瞬时速度，实验中是必须每次都让小车从______开始静止滑下，保证每次遮光板前沿经过光电门处的速度是相等的，得到的数据才有可比性。某实验小组的实验数据记录在表格中，根据实验数据记录，其中宽度为______m的一块遮光板测出的平均速度最接近遮光板前沿经过光电门处的瞬时速度。 次数 挡光片宽度b/m 通过光电门时间t/s 速度v（m/s） 1 0.08 0.09750 0.821 2 0.06 0.07349 0.816 3 0.04 0.04950 0.808 4 0.02 0.02481 0.806 【难度】★★ 【答案】同一位置；0.02 学科网（北京）股份有限公司 $$