1.4 专题 实验：用打点计时器测量小车的速度 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件围绕“用打点计时器测量小车速度”展开，系统梳理了打点计时器的原理、操作步骤与数据处理方法，通过复习旧知导入新课，构建从电磁打点计时器到电火花打点计时器的认知阶梯，再过渡到纸带分析与瞬时速度估算，形成清晰的知识脉络，为后续研究匀变速直线运动奠定基础。 其亮点在于融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养，以“我是打点计时器”小活动激发学生动手实践，强化对时间间隔和位移关系的理解，体现模型建构与科学推理能力。在计算瞬时速度时引导学生采用“中间时刻速度等于平均速度”的合理近似，提升证据意识与质疑精神。同时借助传感器测速拓展内容，展现现代技术与传统实验的结合，既深化学生对瞬时速度本质的认识，又帮助教师实现课堂情境化、问题驱动式教学，有效提升教学效率与学生科学素养。

复习旧知 回顾：上一节我们了解了测量速度的哪些方法？ 打点计时器、光电门、位移传感器、频闪照相 “1.4实验：用打点计时器测量小车的速度” 开始 菜单 小活动之我是“打点计时器” 两位同学一组。一位同学拉动长纸带一端使纸带沿直线向前移动；另一位同学手拿彩笔固定在纸带正上方，听口令，每隔1s用彩笔在纸上画一个点。 思考：这样的方式可以测出该同学，手运动的速度吗? 复习旧知 两种打点计时器的比较 电磁打点计时器 电火花打点计时器 原理 电磁作用下振针振动打点，通过复写纸在纸带上打出点迹 电火花击穿墨粉纸盘与纸带间的空气，使墨粉附着在纸带上形成点迹 电源 6V以下交流电源 220V交流电源 打点周期 0.02s 0.02s 优缺点 振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦，系统误差较大 阻力极小，系统误差较小 一、实验设计 使小车拉动纸带运动，用打点计时器按相同的时间间隔在纸带上打出一系列点迹。这些点迹对应着各时刻小车的位置，通过测量各个时刻小车的位置，算出相邻时刻间的位移，由于时间间隔Δt足够小，所以Δt内的 平均速度对应着这段时间起始点的 速度。 瞬时 二、实验操作 （1）安装实验器材。注意把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一边，纸带前端固定在小车后部，然后穿过打点计时器，小车前端的细绳穿过定滑轮垂下 二、实验操作 （2）使小车在木板上保持静止，并靠近打点计时器，开启打点计时器的电源开关。打点计时器稳定工作后，用手拉动细绳，使小车沿木板做直线运动。待小车运动约一半距离时，松开手，使小车依靠惯性继续运动，直到左端。 纸带上会留下一系列点迹。 通过研究纸带，间接的反映物体运动情况： 1. 打出的点越密，则运动越慢。 2. 若打出的点间距相等，则物体做匀速直线运动。 通过纸带判断物体的运动规律 三、数据处理 1.在纸带上选取一段点迹清晰并且没有重叠的区间，把第1个点标为O，而后依次标为A、B、C、D… 2.用刻度尺测量各点的位置(一般使刻度尺的零刻度线与O点对齐，即O点的位置记为0)，记录在下表中。 计数点序号 O A B C D E … 计数点对应的时刻t/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10   计数点对应的位置坐标x/m               3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE…并记录在下表中。 4.根据平均速度公式=，计算各段的平均速度、、、、…并记录在下表中。 相邻计时点间的位移Δx/m xOA xAB xBC xCD xDE xEF …               相邻计时点间的平均速度v/(m·s-1) …               三、数据处理 四、绘制v－t图像 把相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(例如把当作vO)，在如图所示的坐标纸上绘制v-t图像。 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。 (2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。 (3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。 看视频观察并思考：实验中有哪些注意事项？ 五、注意事项 1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置；滑轮不能过高, 细绳应与木板平行。 2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 3.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，当打点结束后及时断开电源。 4.实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它，防止小车从板上掉下来。 五、注意事项 5.对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕，即统一测量出各个计数点到起始点之间的距离。 6.为减小实验误差，A、B、C、D…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T=0.1 s。 6.计算某计数点的瞬时速度时，一般地Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn=。 1.因为两计时点间的时间间隔很短，即Δt足够小时，就可以认为是测量时刻(起始点)的瞬时速度。 教材P21 2. ①图线的特点？ 一条倾斜直线 ②小车的运动规律？ 速度随时间均匀变化 教材P22 拓展：借助传感器与计算机测速度 如图所示是利用位移传感器测量速度的示意图.这个系统由发射器 A 和接收器B组成，发射器A能够发射红外线和超声波信号，接收器 B可以接收红外线和超声波信号，发射器 A固定在被测的运动物体上，接收器 B固定在桌面上或滑轨上， 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 A A B x2 x1 Δx P Q 测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲（即持续时间很短的一束红外线和一束超声波）。B 接收到红外线脉冲开始计时，接收到超声波脉冲停止计时.根据两者的时差和空气中的声速，计算机自动算出A 与B间的距离（红外线的传播时间可以忽略）。经过短暂的时间Δt后，传感器和计算机系统自动进行第二次测量，得到物体的新位置。 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 A A B x2 x1 Δx P Q 拓展：借助传感器与计算机测速度 算出两个位置间的距离，即物体运动的位移Δx,系统按照v＝ 算出速度v，显示在屏幕上.这样测出的速度是发射器A在时间Δt内的平均速度.然而Δt很短，通常设置为0.02 s，所以Δx与Δt之比可以代表此刻发射器A（即运动物体）的瞬时速度。 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 A A B x2 x1 Δx P Q 拓展：借助传感器与计算机测速度 　 (2024·绵阳市高一期中)(1)打点计时器是记录做直线运动物体的______ 和　　　的仪器。电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是　　 ，它靠电火花和墨粉打点，当电源的频率为50 Hz时，它每隔　　　秒打一次点。 例1 时间 位移 220 V 0.02 (2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是　　　。 A.把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带从墨 　粉纸盘下方穿过 B.把打点计时器与6 V低压直流电源相连 C.用手水平地拉动纸带，然后开启电源 D.关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0， 　用公式v＝计算纸带运动的平均速度 BC 　在“测量纸带的速度”的实验中，得到如图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度，下列用来计算打D点时纸带速度的表达式中误差最小的是 A. B. C. D. 例2 √ 　(2024·广元市高一期中)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)，依照打点的先后次序编为1、2、3、4、5、6，测得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm，x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。 例3 (1)相邻两计数点间的时间间隔为T＝　　　s。 0.1 (2)计数点2、4之间的平均速度大小v24＝　　　　m/s。 (3)打点计时器打下计数点3时，纸带的速度大小v3＝　　　　m/s。 0.32 0.32 　如图所示是一条打点计时器打出的纸带，电源频率为50 Hz，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个打出的点未画出，各计数点到0的距离如图所示。 例4 (1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格。   v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s－1) 0.20   0.61   0.70 0.40 0.69 (2)在如图所示的直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。 (3)如果当时交流电源的频率f＝51 Hz，而计算时仍按f＝50 Hz处理，那么速度测量值将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)(已知T＝)。 偏小 如果f＝51 Hz>50 Hz，则实际打点周期偏小，由v＝知，速度测量值将偏小。 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $