1.3.2 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第一册同步练测（人教版2019）

第2课时　实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度

[对应学生用书第15页]

一、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v-t图像分析实验数据，描述物体的运动。

二、知识储备

读数规则与有效数字

1．读数规则

在下图中，根据刻度尺的刻度可以读出点A的位置xA。从图中看出，使用分度值为1 mm的刻度尺，并且估读到毫米数的下一位，得到xA＝13.3 mm。其中的末位数3是估读的、不可靠的，xA的真实值在13 mm和14 mm之间。但是这个不可靠的数字3还是有用的，仍要写出来，因为它表示点A在13 mm和14 mm两条刻度线之间，靠近中点但离13 mm刻度线稍近一些的位置。

读数的基本规则就是测量仪器最小刻度以上的数值是可靠的。最小刻度以下的是不可靠的，需要估读，并且只能估读到最小刻度以下一位数字。

2．有效数字

这种带有一位不可靠数字的近似数字叫作有效数字(significant figure)。例如13.3 mm是三位有效数字，改写成1.33 cm或0.013 3 m仍然是三位有效数字。

有效数字位数：一个数字从左边第一个非零数往右算有几位数就是几位有效数字，如0.010 00是四位有效数字，左边的两个零不算，右边的三个零都是有效数字。

有效数字只有最末一位数是不可靠的。特别大或特别小的数字都要用科学记数法。如月地距离为3.84×108 m是三位有效数字，钨原子的半径为1.37×10－10 m也是三位有效数字。

3．两种打点计时器

三、实验思路

1．位移的测量

用刻度尺测量纸带上两个点之间的间隔，即为物体的位移。

2．时间的测量

从能够看清的某个点记为起始点(标为0)，往后依次数出若干个点，例如数出了n个点，则纸带从起始点到第n个点的运动时间为n×0.02 s。

3．根据纸带计算平均速度

根据v＝可求出任意两点间的平均速度，Δx是纸带上两点间的距离，利用刻度尺测量，Δt是这两点间的时间间隔。

4．粗略计算瞬时速度

纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。

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＝。

四、实验器材

为了测量物体的平均速度和瞬时速度，把还需要的实验器材填入下面横线上。

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)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。

五、进行实验

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，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，选取纸带上某一点为起始点0，往后数n个点，0到n点之间的间隔数为n，纸带从打0点到打第n个点的运动时间Δt＝n×0.02 s。

6．用刻度尺测量出0点到第n个点间的距离Δx。

六、数据处理

1．测位移和平均速度

(1)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

2.测量瞬时速度

纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。

请根据上述测量瞬时速度的方法，计算上节实验中纸带上各计数点的瞬时速度。

每隔0.06 s计算一次速度。