第4节 速度的测量（培优教学课件）物理人教版2024八年级上册

第一章 机械运动 八年级上册•人教版2024 第4节 速度的测量 我们所生活的世界，是一个运动的世界。芦苇随风摇曳，水面微徽泛起涟漪，一群飞鸟展翅翱翔… 地面上的人们看到鸟群飞得很快。鸟群中的飞鸟看自己的伙伴也飞得这样快吗?人们是怎样描述物体的运动、如何测定物体的速度的?就让我们从简单的运动开始，共同认识这个运动的世界吧! 导入新课 公路上有许多速度监测设备，其中一种测速设备采用的是区间测速的方法，即通过测算车辆在两个监测点之间的平均速度，判断车辆在该路段是否超速。这种测速设备是如何测算出车辆的平均速度的? 从公式可知，测算平均速度一般需要测量路程和时间两个物理量。在公路一段固定距离的路段两端分别放置一个摄像头，当车辆经过这两个摄像头时，都会被拍照。系统根据这两张照片的拍摄时刻就能算出车辆通过这段距离的时间，从而算出车辆的平均速度。 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与责任 能够利用速度计算公式掌握测量平均速度的方法。 会用刻度尺测量路程，会用停表测量时间，会计算速度。 测量物体的运动速度 培养学生发现问题和提出问题的能力、动手操作和收集数据的能力、分析和处理数据的能力、解释数据的能力、表达和交流的能力。 学习目标 重点难点 重点 难点 1.知道测量物体运动的速度。 1.实验结论的分析和应用。 2.理解平均速度与速度的平均值的概念 1. 测量小车的运动速度 2. 课堂小结 3. 练习与应用 4. 提升训练 学习内容 一、测量小车运动的速度 第4节 速度的测量 一、测量小车运动速度 实验思路 我们可以用刻度尺测量小车运动的路程s，用秒表测量小车通过这段路程所用的时间t，依据公式，就可以算出小车在这段时间内运动的平均速度。 我们可以将长木板的一端用木块垫起，搭建一个斜面，使它保持很小的坡度。实验装置如图所示，小车可在这个斜面上运动。 一、测量小车运动速度 实验原理 实验器材 刻度尺、停表、斜面、小车、金属片、木块。 金属片的作用：让小车停止运动，便于测量时间。 一、测量小车运动速度 实验步骤 1.把小车放在斜面顶端，金属片放在斜面底端，用刻度尺测出小车将要通过的路程S1。 （1）搭建斜面时，坡度不能太小也不能太大。斜面的坡度太小，小车可能达不到底部；斜面的坡度太大，小车运动的速度大，时间短，导致测量难度大。 （2）测量小车下滑路程时，起点从车头算起，终点也应该是车头。 一、测量小车运动速度 实验步骤 2.用秒表测量小车从斜面顶端滑下到撞击金属片的时间t1。 3.根据测得的s1、t1，利用公式算出小车通过斜面全程的平均速度v1。 4.将金属片移至斜面的中部，测出小车从斜面顶端到金属片的距离s2。 5.测出小车从斜面顶端滑过斜面上半段路程s2所用的时间t2，算出小车通过上半段路程s2的平均速度v2。将实验中的相关数据填入下表中。 路程s/cm s1= s2= 时间t/s t1= t2= 平均速度v/（cm·s-1） v1= v2= 一、测量小车运动速度 记录数据 路程s/cm s1= 70 s2= 35 时间t/s t1= 3.2 t2= 1.9 平均速度v/（cm·s-1） v1= 22 v2= 18 一、测量小车运动速度 记录数据 路程s/cm s1= 70 s2= 35 时间t/s t1= 3.2 t2= 1.9 平均速度v/（cm·s-1） v1= 22 v2= 18 （2）计算下半段的平均速度 下半段路程 s3=35cm，小车通过下半段路程所用时间 t3=t1-t2=3.2s-1.9s=1.3s 下半段的平均速度 （3）三次平均速度的大小依次是v3＞v1＞v2。 小车沿斜面下滑的过程中，它的速度越来越大，小车做变速运动。 一、测量小车运动速度 交流与评估 误差分析（实验误差主要来自于时间测量的误差） （1）当小车过了起始位置才开始计时或小车未达终点就停止计时，会导致测量时间偏小，平均速度偏大； （2）当小车到达终点后才停止计时或小车未开始运动提前计时，会导致测量时间偏大，平均速度偏小； （3）小车没有从静止开始下滑，所测平均速度偏大。 一、测量小车运动速度 某同学想测出小车在下半段路程的平均速度，提出可以把不车从斜面的中部开始释放，进行测量。 想一想：这样测得的平均速度与上面的实验中小车在下半路程的平均速度是否相等？说明原因。 小车在下滑过程中，到达中部的速度并不为零，所以让小车从中部由静止释放，到达底端的时间，并不等于下半程的时间，这样测得的平均速度与上面的实验中小车在下半路程的平均速度不相等。 【例题1】小明在“测小车的平均速度”的实验中，设计了如图的实验装置：小车从斜面顶端由静止下滑，图中的圆圈是小车到达A、B、C三处时电子表的显示（数字分别表示“小时：分：秒”） （1）该实验的原理是 。 （2）该实验需要的器材除了小车、斜面、档板外，还需要测量工具 和 。 （3）实验时应保持斜面的倾角较 ，这是为了方便测量 . （4）根据图中信息回答：sAB= cm；vAB= m/s；tAC= s；vAC= m/s． （5）可以看出小车在下滑过程中做 （选填“匀速”或“变速”）直线运动。 一、测量小车运动速度 刻度尺 秒表 小 时间 40.0 0.2 3 0.3 变速 【解析】 （1）[1]在测小车的平均速度的实验中，该实验的原理是。 （2）[2][3]本实验中，用秒表测时间，刻度尺测路程，然后根据算出速度，故还需要测量工具是秒表和刻度尺。 （3）[4][5]在实验过程中，要尽量保持斜面的倾角较小，便于测量小车运动的时间。 （4）[6]由图可知AB间的路程为sAB=100.0cm-60.0cm=40.0cm [7] AB间的速度为 [8] AC间的时间为15:35:23-15:35:20=3s [9] AC间的速度为 （5）[10]小车在下滑过程中速度越来越快，所以做变速直线运动。 一、测量小车运动速度 一、测量小车运动速度 拓展实验：用传感器测量物体运动的速度 实验器材 位置传感器、小车、斜面、计算机等。 计算机 位置传感器 斜面 小车 一、测量小车运动速度 如图所示，A为可在斜面上自由移动的小车，B为固定在斜面一端的传感器。传感器利用超声波可以测出在不同时刻小车与它的距离，然后计算机再根据时间就可以算出运动的小车在不同位置时的速度。 如果将传感器放置在合适的位置，实验者面对传感器，前后行走，就可以在计算机屏幕上观察实验者行走的速度。 一、测量小车运动速度 视频演示——《用位置传感器测量速度 》 一、测量小车运动速度 超声波测距 在日常生活和生产中，我们通常用直尺、卷尺等工具来测量物体的长度。在工业生产和科学研究中，还会用到其他一些技术来测量距离，如超声波测距等。 超声波在空气中的传播速度约为340m/s，它具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点，因而经常被用于距离的测量、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。 超声波测距的原理如图所示。发射器向被测物发射超声波，在发射的同时开始计时。超声波传播过程中遇到被测物会被反射，接收器收到反射波就停 止计时。根据计时器记录的时间及超声波传播的速度，仪 器就能自动计算出发射点与被测物之间的距离。 如果被测物是运动的物体，超声波测量仪还可以测出 物体移动的速度。 【例题2】高速公路实现“区间测速”全覆盖。就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的最高限速，即被判为超速。若监测点A、B相距15km，全程限速，一辆轿车通过两个监测点的时间如图所示。求： （1）轿车通过两个监测点所用的时间为______； （2）通过计算说明，采用“区间测速”，这辆轿车在该路段会不会被判超速？ （3）若要确保通过AB路段区间测速不会被判超速，则通过AB路段时间最短用时多少s？ 10min 一、测量小车运动速度 【解析】（1）轿车通过两个监测点所用的时间为 t=10h41min-10h31min=10min= （2）速度为 所以这辆轿车在该路段不会被判超速。 （3）确保通过AB路段区间测速不会被判超速，此时最大速度 v′=120km/h，则通过AB路段时间最短时间为 一、测量小车运动速度 二、课堂小结 第4节 速度的测量 二、课堂总结 速度的测量 超声波测速 ①测量原理：v=s/t ②测量的物理量：长度s、时间t ③实验器材：刻度尺、停表、长木板、小车、木块、金属片等。 ④实验结论：小车在斜面上做加速直线运动 ①超声波 ②超声波测距原理：s=vt/2. 测量小车运动的速度 三、练习与应用 第4节 速度的测量 1.要测量某同学从滑梯顶端滑到底端的平均速度，需要测量哪些物理量?用什么测量工具? 【解析】根据算出速度，需要测量路程和时间。用刻度尺测量路程，用秒表测量时间。 三、练习与应用 2.某同学利用如图所示的装置测量小球在斜面上运动的速度。让小球从A点由静止开始沿斜面运动，并记录小球在A、B、C三个位置的时刻。小球在AB、BC、AC各段运动的平均速度分别是多少? 【解析】 小球在AB段运动的平均速度v＝20cm/s=0.2m/s 小球在BC段运动的平均速度v＝80cm/s =0.8m/s 小球在AC段运动的平均速度v＝50cm/s =0.5m/s 三、练习与应用 3.在用图中的装置测量小车的速度时，甲同学测得小车通过斜面全程的速度v和通过上半段路程的速度v不同；甲同学和乙同学用同一装置测得的v也不同。请写出以上两种情况中测得的速度不同的原因。 【解析】甲同学测得小车通过斜面全程的速度v和通过上半段路程的速度v2不同的原因是：小车沿斜面下滑时速度越来越大，所以全程速度和上半程速度不同。 甲同学和乙同学用同一装置测得的v2也不同的原因有：（1）测量时间存在误差；（2）斜面倾斜角度不同。 三、练习与应用 4. 已知学校操场的跑道长度为l，你能利用手表估测自己正常步行时的速度v吗？根据步行速度v，你能估测你家到学校的路程s吗？解决以上问题需要测量哪些物理量？请你用字母表示，并用它们写出v和s的表达式。 三、练习与应用 【解析】（1）需要测量的物理量：路程s和时间t。 （2）操场的跑道长度为l，利用手表测出自己绕跑道步行一圈所用的时间t，则自己正常步行时的速度 v=l/t. （3）测出从家里到学校所用时间t2，根据得出，则从家到学校的路程 s=vt2。 5. 有些公路旁每隔1 km就立着一个里程碑。如何利用里程碑估测自行车的速度？写出你的估测方法。 三、练习与应用 【解析】所用器材是钟表; 步骤：从某里程碑出发，记下里程碑上的数据s1，钟表上的时刻t1，到达下一个里程碑时，记下里程碑数值s2，钟表上的时刻为t2; 自行车的平均速度为总路程除以总时间，即 四、提升训练 第4节 速度的测量 1．如图是小红在探究小球运动时拍摄的频闪照片，A、B、C是小球运动过程中连续的三个位置。若每隔0.1s拍摄一幅照片，由图中情景可知小球从A位置运动到C位置通过的路程是 cm，此过程中小球运动的平均速度是 m/s。 3.85 【解析】[1]从A到C，由图中刻度尺可量出AC间的距离为 S=7.35cm-3.50cm=3.85cm [2]小球运动的时间 t=2×0.1s=0.2s 则小球的平均速度为 四、提升训练 0.19 2. 如图所示，是“测物体的平均速度”实验，下列说法正确的是（　　） A．用刻度尺测出斜面的长就是小车通过全程的路程 B．启动停表后再释放小车，直到撞击到金属片时停止计时，该段即小车运动时间 C．测量下半段平均速度时，要让小车从中点处静止滑下 D．实验中小车过了中点才停止计时，会导致上半段平均速度偏小运动，无法比较 四、提升训练 D 【解析】 A．如图所示，用斜面的长减去车身的长才是小车通过的路程，故A错误； B．在实验中，启动停表和放开小车应该在同一时刻进行，直到它撞击金属片时立即停止，读出的时间才是小车运动所用的时间，故B错误； C．测小车在下半段的平均速度时，应让小车从斜面起点由静止下滑，滑到中点时开始计时，用一半路程和所计时间来计算下半程的平均速度，故C错误； D．实验中小车过了中点才停止计时，测得小车在上半段的时间会偏大，根据可知，当路程一定时，时间偏大则平均速度偏小，故D正确。 故选D。 四、提升训练 3. 小明和小华在操场上同一地点出发向南做直线运动，他们通过的路程随时间变化的图像如图所示，则以下说法中正确的是（　　） A．第2s时，小明在小华南边 B．在0~8s内，小明的平均速度更大 C．在0~2s内，小明的平均速度更大 D．在2~8s内，小明的平均速度更大 四、提升训练 D 【解析】A．小明和小华在操场上同一地点出发向南做直线运动，由图像可知，第2s时，小华经过的路程大于小明经过的路程，因此小华在小明的南边，故A错误； B．由图像可知，在0~8s内，小明和小华通过的路程相同，都为20m，所用的时间都为8s，由可知，在0~8s内，小华和小明的平均速度相等，故B错误； C．由图像可知，0~2s内，小明通过的路程小于小华通过的路程，由可知，小明的平均速度更小，故C错误； D．由图像可知，在2~8s内，小明的平均速度为 小华的平均速度为 因此在2~8s内，小明的平均速度更大，故D正确。 故选D。 四、提升训练 4. 小军和同学们用如图所示的实验装置测量小车运动的平均速度。 （1）本实验的实验原理是 ； （2）小军调整好器材后进行实验，实验数据如下表所示。 则小车在AB段运动的平均速度为 m/s， BC段的平均速度为 m/s； （3）下列能正确表示小车在AC段运动情况的图像是 ； （4）另一组同学在进行上述实验时，小车过了C点才停止计时，则他们测得的AC段的平均速度与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”或“准确”）。 四、提升训练 路段 AC AB 路程s/cm 60.0 30.0 时间t/s 3.0 2.0 平均速度 v/(m·s-1) 0.2 0.5 0.3 C 偏小 【解析】（1）[1]测小车平均速度的原理是 （2）[2]由表中数据可知，AB段运动的路程为30.0cm，时间为2.0s，AB段的平均速度为0.15m/s [3]BC段的路程为30.0cm,BC段的时间为1.0s,BC段的平均速度为0.3m/s （3）[4]小车在AB段的速度小于BC段的速度，故小车做加速直线运动，所以小车的速度越来越快； A．图像表示匀速运动，故A不符合题意； B．图像表示匀速运动，故B不符合题意； C．图像表示加速运动，故C符合题意。 故选C。 （4）[5]小车过了C点才停止计时，会导致测得的时间变长，根据可知，计算出的速度偏小。 四、提升训练 5.为了督促司机遵守限速规定，交管部门在公路上设置了固定测速仪。如图所示，汽车向放置在路中的测速仪匀速驶来，测速仪向汽车发出两次超声波信号，第一次发出信号到接收到反射回来的信号用时0.5s，第二次发出信号到接收到反射回来的信号用时0.4s。超声波的速度是340m/s，求： （1）汽车接收到第一次超声波信号时，汽车到测速仪的距离是多少？ （2）汽车接收到第二次超声波信号时，汽车到测速仪的距离是多少？汽车在两次接收到超声波信号时的位置相距为多少？ （3）汽车在第一次接收到超声波信号开始到 接收到第二次信号结束所用的时间为0.85s，则 在该测速区内，汽车的速度是多少？ 四、提升训练 【解析】 （1）第一次发出信号到测速仪接收到信号用时0.5s，所以第一次信号到达汽车的时间为0.25s，由v=s/t可得汽车接收到第一次信号时，汽车距测速仪：s1=v声t1=340m/s×0.25s=85m （2）第二次发出信号到测速仪接收到信号用时0.4s，所以第二次信号到达汽车的时间为0.2s，汽车接收到第二次信号时，汽车距测速仪：s2=v声t2=340m/s×0.2s=68m 汽车两次接收到信号时位置相距：s′=s1-s2=85m-68m=17m （3）汽车的车速为： 四、提升训练 谢谢聆听 谢谢聆听