1.4 测量直线运动物体的瞬时速度 课件-2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

粤教版 必修第一册 第一章 运动的描述 1.4测量直线运动物体的瞬时速度 测量直线运动的瞬时速度 怎样求出物体在某一位置瞬时速度的大小？ 极限思想 某一位置前后无穷短时间内的平均速度来表示。 实际上，要想直接测量物体运动的瞬时速度在技术上是比较复杂的。但是，我们可以通过测量出物体运动的位移和时间，进而求出平均速度，当时间较短时，该平均速度就接近于中间某点的瞬时速度。 如何测量物体运动的位移和时间？ 打点计时器 打点计时器是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器 一、打点计时器的分类 供高中学生实验用的打点计时器： 电磁打点计时器和电火花打点计时器。 电磁打点计时器 电火花打点计时器 （2）工作电压：4 ~ 6 V交流电源 1、电磁打点计时器 永久磁铁 线圈 振针 振片 复写纸 限位孔 纸带 （1）构造：电磁打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器，构造如图 所示 （3）打点方式：振针通过复写纸在纸带上打点 （4）打点计时器的作用：打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02s打一次点. 为什么要用交流电？ 永久磁铁 打点针 振动片 线圈 当给电磁打点计时器通电后，线圈产生周期性变化的磁场，放在线圈中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动来。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上打下一系列的点． 2.电火花打点计时器 （1）基本原理：如图 ，当接通电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹． （2）工作电压：220V交流电源 （3）电火花打点计时器使用220V交流电源．当电源频率为50HZ时，每隔0.02s打一次点 电磁打点计时器 电火花打点计时器 电源 原理 阻力来源 打点时间间隔 精确程度 4~6V低压交流电源 220V交流电源 电源频率为50Hz时，打点时间间隔为0.02s，即打点时间间隔为电源频率的倒数 电磁感应 脉冲放电 纸带与限位孔、复写纸的摩擦；振针与纸带打点接触时的摩擦 纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦 电火花打点计时器阻力较小，因此比电磁打点计时器更精确 两种计时器的对比： 2.假设交流电源的频率是80Hz，那么它将多长时间打下一个点？ 1.为什么打点计时器不能使用直流电？ 1.电磁打点计时器的工作原理是利用交变电流的方向改变来改变电磁铁的磁极方向，从而使振动片上下振动，且振动片的频率与交变电流的频率一致。电火花计时器是用墨粉和电火花打点，当按下脉冲输出开关，计时器发出脉冲电流。从正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点。以上两种打点计时器都需要交变电流才可正常工作。 2.它将每隔0. 0125s打下一个点． D F 1、思想方法: 用某段时间内的平均速度近似代替这段时间内某点的瞬时速度.所取的时间间隔越接近该点，计算出的瞬时速度就越精确. 用包含该点在内的最小位移的平均速度代替 2、测量计算： 瞬时速度的求法 △t △x 用打点计时器测量瞬时速度的方法 二 、练习使用打点计时器 实验1：练习使用打点计时器 1.实验步骤 : （1）固定计时器 （2）穿纸带 （3）连接交流电源 （4）先接通电源，后用手水平拉动纸带，纸带上就打出一系列点迹。然后关闭电源 （5）重复第（4）步多次实验，打出多条纸带 （6）取一条比较理想的纸带 （7）数据处理 在纸带上选取一段清晰的点迹，测量数据和计算填入表格。 二、练习使用打点计时器 思 考1 纸带记录了手在拉动纸带过程中的哪些信息呢？ 1.任意两计时点间的时间间隔 2.任意两计时点间的距离 3.根据计时点之间距离的变化判断物体运动的性质 计时点 ∆s ∆t ∆t 0 1 2 3 计时点 计数点 区分计时点和计数点： 纸带上点的疏密与速度有什么样的关系？即点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？ 点越密表示物体在该段的速度越小 相等时间，x1 < x2 v1< v2 x1 x2 二、练习使用打点计时器 思 考 2 2、数据处理——测平均速度 思 考 3 如图，如何计算纸带上A、B两点之间的平均速度？ ∆s A B ∆x ∆t ∆t ①根据A、B之间计时点或计数点的个数，确定A、B之间总的时间间隔∆t ②用刻度尺测量出A、B之间的距离∆x ③根据平均速度公式可得： D F （1）思想方法: 用某段时间内的平均速度近似代替这段时间内某点的瞬时速度.所取的时间间隔越接近该点，计算出的瞬时速度就越精确. 用包含该点在内的最小位移的平均速度代替 （2）计算方法： △t △x 3、数据的处理——测瞬时速度 思 考 4 如何测出E点的瞬时速度？ 测量A、B、C、D这四个时刻的瞬时速度 练一练： 3、数据的处理——测瞬时速度 4、实验注意事项： ① 使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带； ② 释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置； ③ 手拉纸带时，速度应稍快一些，以防点迹太密集。 （1）把打点计时器固定在斜面的顶端，将一辆系有纸带的小车放置在斜面上。接通交流电源，让打点计时器开始打点，释放小车，纸带上打出一系列的点。纸带记录下小车的运动信息。 实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度 实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度 （2）在纸带上选取点迹清晰的一段，将某个能看清的点标为0,以后每隔0.1s标一个计数点，相邻计数点间的位移为S1,S2, S3, S4,S5(如图1-4-5所示）．用刻度尺测量相邻计数点间的位移，将测量结果填入表1-4-2中． （3）利用 计算各计数点的瞬时速度。 (4)根据表中数据作出 图像 实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度 【课堂练习】第23页课后习题第5题 0.60 0.40 1.20 1.00 0.80 0, 1点的间距x1=5.18cm 1, 2点的间距x2=4.40cm 2, 3点的间距x3=3.62cm 3, 4点的间距x4=2.78cm 4, 5点的间距x5=2.00cm 5, 6点的间距x6=1.22cm 可以将采集信息的时间显示出来的仪器 数字计时器 1．计时装置：由数字计时器和光电门组成． 2．基本原理：如图由数字计时器和光电门组成的计时装置。光电门的外形像门，其一边安装发光装置，另一边安装光线接收装置，并都与数字计时器连接。当宽度一丁点物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，当物体离开光线时停止计时，这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间． 3．数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间。 记录物体通过一个光电门的时间:光线遮挡，开始计时；物体离开，停止计时。记录时间为t. 1、测量物体通过光电门位置的瞬时速度 测量物体的遮光宽度，记录位移为d. 物体通过光电门位置的瞬时速度为： 数字计时器 遮光板宽度 挡光时间（遮光板通过光电门的时间） 光电门 频闪照相法 ①频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法 。 ②频闪灯：每隔_________时间闪光一次，如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。  ③频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等_________所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。  ④记录信息：物体运动的时间和_________。 　相等　 　时间　 　位移　 1．下列关于打点计时器的说法中不正确的是(　　) A．打点计时器使用低压直流电源 B．电磁打点计时器使用低压交流电源 C．使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02 s D．电火花打点计时器使用220 V交流电源 A 课堂练习 2．电磁打点计时器的打点周期取决于 (　　) A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离 B 3.关于电磁打点计时器的使用，下列说法正确的是（   ） A. 电磁打点计时器使用的是10V以下的直流电源 B. 在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源 C. 使用的电源电压越高，打点的时间间隔就越大 D. 纸带上打的点越密，说明物体运动的越慢 D 课堂练习 4．如图所示是“研究变速直线运动”实验中，利用打点计时器打点所获得的纸带，A、B、C…是计数点，相邻计数点对应的时间间隔是T，对应的距离依次是s1、s2、s3…则下列计算打D点时的速度的表达式正确的有 (　　) AD 课堂练习 5.某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图所示，每两个计数点之间还有四个计时点没有画出，图中已标出相邻两计数点间的距离，打点计时器的电源频率为50 Hz(结果保留三位有效数字)． (1)图中纸带右端和运动物体相连，由此推测物体的运动是________(填“加速”或“减速”)运动． (2)在打出 3、6 这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是________m/s. (3)如果要求不是很精确，用平均速度可以粗略地代替某点瞬时速度，那么，物体在打计数点4时的瞬时速度更接近于________m/s. 1.30 减速 1.20 课堂练习 6.如图是实验中得到的一条纸带，从0点开始每5个点取一个计数点(打点计时器的电源频率是50 Hz)，依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm， x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。 (1)相邻两计数点间的时间间隔为T＝______ s。 (2)计数点2、4之间的平均速度v24＝_______ m/s。 (3)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝______ m/s。 课堂练习 0.1 0.32 0.32 解析　(1)两相邻计数点之间的时间间隔为 T＝5×0.02 s＝0.1 s。 (2)根据平均速度的计算公式得 答案　(1)0.1 　(2)0.32　(3)0.32 7.用电火花计时器(或电磁打点计时器)打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02 s，按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为____s。用刻度尺量得OA＝1.50 cm，AB＝1.90 cm，BC＝2.30 cm，CD＝2.70 cm。由此可知，纸带运动速度_____(选填“增加”“减小”或“不变”)，打C点时纸带的速度大小为______ m/s。 课堂练习 0.1 增加 0.25 解析　相邻计数点间时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s； 由给出的数据知，相同时间内纸带运动的距离变大，则纸带做加速运动。 打C点时的速度 答案　0.1　增加　0.25 8.图中AB是固定的光滑斜面，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，当光电门中有物体通过时与它们连接的光电计时器(都没有画出)能够显示挡光时间。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s。滑块从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt＝0.311 s，已知滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，测得光电门1和2之间的距离为0.54 m。求：(结果要求保留3位有效数字) (1)滑块通过光电门1时的速度 v1＝________m/s，通过光电门2时的速度v2＝________m/s。 (2)滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为________ m/s。 课堂练习 1.00 2.50 1.74 答案　(1)1.00　2.50　 (2)1.74 eq \o(v,\s\up6(－))24＝eq \f(x3＋x4,t24)＝eq \f(（2.78＋3.62）×10－2,2×0.1) m/s＝0.32 m/s。 (3)由于计数点2、4之间的时间间隔比较小，所以打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3近似等于计数点2、4之间平均速度，即v3＝eq \o(v,\s\up6(－))24＝0.32 m/s。 v＝eq \f(xBD,2T)＝eq \f(（2.30＋2.70）×10－2,0.2) m/s＝0.25 m/s ＝eq \f(5.00×10－2,2.00×10－2) m/s＝2.50 m/s。 (2)滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为 v＝eq \f(s,Δt)＝eq \f(0.54 m,0.311 s)≈1.74 m/s。 解析　(1)滑块通过光电门1时的速度v1＝eq \f(d,t1)＝eq \f(5.00×10－2,5.00×10－2) m/s＝1.00 m/s。 滑块通过光电门2时的速度v2＝eq \f(d,t2) $