1.4 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教科版必修第一册

该高中物理课件围绕“用打点计时器测量小车速度”实验，涵盖打点计时器结构原理、纸带数据处理、瞬时速度测量及v-t图像绘制，通过小车滑下木板等情境导入，衔接运动描述的基本概念，构建运动学实验的基础学习支架。 其亮点在于以情境导学激发科学探究，通过遮光板过光电门等问题引导科学思维，结合典例剖析与方法技巧总结，强化纸带处理中平均速度近似瞬时速度的科学推理及v-t图像平滑拟合的探究能力。易错辨析与对点演练助力学生巩固实验技能，教师可高效开展教学。

第一章　描述运动的基本概念 4. 实验：用打点计时器测量小车的速度 【学习任务与素养目标】 1.了解两种打点计时器的结构和工作原理,会正确使用打点计时器。(科学思维) 2.理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。(科学思维) 3.会用速度—时间图像表示速度,掌握描点作图的方法,会根据画出的图像描述物体速度的变化情况。(科学探究) 4.掌握科学探究的一般过程。(科学探究) 基础知识 梳理与落实 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　　　　,我们就可以算出小车的速度了。  位移 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　　　　　　　　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,如图所示。  2.使小车在木板上保持静止,并　　　　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。  没有滑轮 靠近 三、处理数据 1.在纸带上选取一段　　　　　　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) 3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE…… 四、绘制v-t图像 把　　　　　　　　　的平均速度当作起始点的瞬时速度,在坐标纸上绘制v-t图像。  点迹清晰 相邻计时点间 五、实验注意事项 1.实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。 2.使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带。 3.手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集。 4.使用电火花打点计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方,使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面。 5.使用电磁打点计时器时,如打出点较轻或是短线,应调整振针距复写纸的高度。 6.打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源。 7.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(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。 易错辨析 (1)两种打点计时器使用的电源都是220 V的交变电源。(　　) (2)使用50 Hz的交变电源,则两种打点计时器打点的时间间隔都是0.02 s。 (　　) (3)使用打点计时器打点时,应先接通电源,待计时器稳定后再拉动纸带。 (　　) (4)纸带上两较近点间的平均速度可以近似代表这两点间某点的瞬时速度。 (　　) × 电火花打点计时器使用220 V交变电源,电磁打点计时器使用约为8 V的交变电源。 √ √ √ 重点难点 探究与突破 学习任务一　根据纸带求解物体的运动速度 情境导学 使一辆小车从一端垫高的木板上滑下,木板旁装有光电门。当固定在车上的遮光板通过光电门时,光线被阻挡,记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间。这段时间就是遮光板通过光电门的时间。 根据测得的物理量能否测出遮光板通过光电门的平均速度?能否将该速度近似看作小车通过光电门的瞬时速度? 提示 根据遮光板的宽度Δx和测出的时间Δt,就可以算出遮光板通过光电门的平均速度 。由于遮光板的宽度Δx很小,可以认为这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度。 规律总结 1.求解平均速度 根据v= ,求出任意两点间的平均速度。两点间的位移Δx可以用刻度尺测量出,Δt为两点间的间隔数与单个时间间隔0.02 s的乘积。如图所示,将打好点的纸带从能够看清的某个点开始,往后数出若干个点,比如共数出n个点,用刻度尺测出第1个点到第n个点的距离Δx,并算出这n个点的时间间隔,则平均速度 ,其中T=0.02 s。 2.粗略计算瞬时速度 当一段位移Δx对应的时间Δt很小时,我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt中某一时刻的瞬时速度。如图所示, 可以大致表示C点的瞬时速度,即vC= ,A、B两点离C点越近,算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时,测量误差会增大,所以应根据实际情况选取这两个点。 典例剖析 【例题1】 在练习使用打点计时器的实验中,小西同学选出的纸带部分如图甲所示,A、B、C、D、E为纸带上标出的连续5个相邻计时点,打点计时器接在频率为50 Hz的电源上,则A、E两计时点间的时间tAE=　　　　 s,距离xAE=______　　　　 cm。小安所选纸带部分如图乙所示,A、B、C、D、E、F、G为在纸带上所选的计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出,电源频率仍为50 Hz,则相邻两计数点间的时间间隔为　　　　 s,根据D、G两点间的位移Δx和所用时间Δt,可以算出纸带在这两点间的平均速度 ,用这个平均速度就可以代表纸带在打下E点时的瞬时速度,则由此方法求得打下E点时的瞬时速度v=　　　　 m/s。  0.08 9.30　 0.1 0.338 解析 题图甲中A、E两计时点间的时间tAE=4×0.02 s=0.08 s,距离 xAE=9.30 cm。题图乙中相邻两计数点间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s,打下E点时的瞬时速度 方法技巧　1.确定时间:确定时间时注意相邻计数点间计时点个数及打点周期。 2.确定位移:确定位移时注意起始点和终止点。 3.计算某点的瞬时速度时,用包含该点的较短时间内的平均速度来代替瞬时速度。 对点演练 1. 某班同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验: (1)打点计时器是一种计时的仪器,图甲是实验室常用的电火花打点计时器,该打点计时器所用的电源是图乙中的　　　　(选填“A”或“B”)。  B (2)该同学在某次实验中获得的一条纸带如图所示,在所打的点中,取A、B、C、D、E为计数点,相邻两个计数点之间还有四个点未标出,打点计时器每隔0.02 s打一个点。若已知x1=1.20 cm,x2=3.40 cm,x3=5.60 cm,x4=7.80 cm,则打下C点时小车的速度v=　　　　m/s(保留两位有效数字)。  0.45 (3)该同学从两次实验中得到数据后画出的小车运动的v-t图像如图所示,则下列说法正确的是　　　　。  A.第一次实验中处理纸带时,舍掉了开头一些密集的打点 B.第二次实验中处理纸带时,舍掉了开头一些密集的打点 C.第一次的实验误差比第二次的大 D.第一次的实验误差比第二次的小 BC 解析 (1)电火花打点计时器需要接220 V的交变电流,故选B。 (2)C点的瞬时速度等于BD段的平均速度, ,解得v=0.45 m/s。 (3)第二次实验的图像中,速度没有从原点开始,即舍掉了开头一些密集的打点,且第二次实验图像中,点更靠近速度变化直线,误差更小。故选BC。 学习任务二　绘制v-t图像 情境导学 某小组的同学根据求解瞬时速度的方法,计算出纸带上不同时刻对应的瞬时速度值,以纵轴为速度v,横轴为时间t,建立坐标系。将不同时刻的速度在坐标系中描点,如图所示。请在图中根据描点绘制v-t图像。 提示 用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点,如图所示。 规律总结 【例题2】 一条利用打点计时器打出的纸带如图所示,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计时点未画出,测得各计数点到0点的距离如图所示。打点计时器所用电源的频率为50 Hz,求出各计数点的瞬时速度并画出v-t图像。 解析 用平均速度代替中间时刻瞬时速度的办法求解各点瞬时速度,v1=0.195 m/s,v2=0.40 m/s,v3=0.61 m/s,v4=0.69 m/s,v5=0.70 m/s,0点和6点的速度不能求出。建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,然后描点,用平滑曲线将描下的点连成线,v-t图像如图所示。 答案 见解析 方法技巧　在平面直角坐标系中,用横轴表示时间,用纵轴表示速度,根据瞬时速度和相对应的时刻在坐标系中描出各点,再用平滑的曲线连接描出的各点,就得到运动物体的速度—时间图像,即v-t图像。在这一过程中要注意“顺势”平滑,如果有些点难以落在曲线上,应使它们大致均匀分布在曲线的两侧,切忌把各点用折线连接起来。 对点演练 2.(多选)一物体做直线运动的速度—时间图像如图所示,在整个运动过程中,下列说法正确的是(　　) A.BC段和CD段的运动方向相反 B.CD段和DE段的运动方向相反 C.物体在D点速度为零,此后运动方向改变 D.AB段物体静止 BC 解析 由图可知,物体在0~20 s内的速度均为正值,运动方向不变,物体在D点速度为零,此后运动方向改变,A错误,B、C正确;AB段物体的速度v=5 m/s,D错误。 即学即用 检测与提升 1 2 3 1.(v-t图像)(多选)某同学在用打点计时器测速度的实验中,根据纸带数据所得出的v-t图像如图所示,对其物理意义叙述正确的是(　　) A.在0~6 s内,物体以2 cm/s的速度做匀速直线运动 B.在0~0.12 s内物体的平均速度为2 cm/s C.在0.12~0.16 s内,物体的速度由2 cm/s增加到4 cm/s D.从8 s初开始,物体以8 cm/s的速度做匀速直线运动 BC 1 2 3 解析 在0~6×0.02 s内,即0.12 s内,物体以2 cm/s的速度做匀速直线运动,故A错误;由上分析可知,在0~0.12 s内物体做匀速直线运动,那么其平均速度为2 cm/s,故B正确;由图像可知,在0.12~0.16 s内,物体的速度由2 cm/s增加到4 cm/s,故C正确;从8×0.02 s,即0.16 s初开始,物体以8 cm/s的速度做匀速直线运动,故D错误。 1 2 3 2.(根据纸带求解物体的运动速度)(1)用打点计时器测定物体的速度,当电源的频率低于50 Hz时,如果仍按50 Hz的时间间隔打点来计算,则测出的速度值将比物体真实的速度值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。  (2)(多选)打点计时器所用电源的频率是50 Hz,其相邻计时点间的时间间隔是T,若纸带上共打出N个点,纸带上共记录的时间为t,则(　　) A.T=0.1 s　　B.T=0.02 s C.t=(N-1)T D.t=NT (3)(多选)我们可以从打点计时器打出的纸带上直接得到的物理量是(　　) A.时间间隔 B.位移 C.瞬时速度 D.平均速度 偏大 BC AB 1 2 3 解析 (1)当电源频率为50 Hz时,打点计时器每隔0.02 s打一次点。当电源频率低于50 Hz时,其打点周期大于0.02 s,若仍按0.02 s计算,由v= 可知,测出的速度值将比真实的速度值偏大。 (2)打点计时器打点的时间间隔T= =0.02 s,纸带上共打出N个点,则总的时间间隔是(N-1)个,所以时间t=(N-1)T,故B、C正确,A、D错误。 (3)打点计时器是每隔0.02 s打下一个点,所以数点就知道时间间隔,故A正确;用刻度尺直接测量两点之间的距离即可得出位移,故B正确;瞬时速度需要根据计算较短时间内的平均速度得出,故C错误;平均速度需要运用物理公式计算得出,故D错误。 1 2 3 3.(根据纸带求解物体的运动速度)物体运动时打点计时器打出的一条纸带如图所示,图中相邻的点间还有四个点未标出,已知打点计时器接50 Hz的交流电源。 (1)ae段的平均速度为　　　　 m/s。  (2)d点对应的瞬时速度约为　　　　 m/s。  2.19 3.28 1 2 3 解析 (1)相邻的点间还有四个点未标出,则相邻两个计数点之间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s,故ae段的平均速度为 4.计算各段的平均速度…… () v= m/s=0.338 m/s。 v= v= m/s=2.19 m/s。 (2)c、e两点离d点较近,则d点对应的瞬时速度约为 vd= m/s=3.28 m/s。 $