4 第1章 第3节 第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第一册教用Word(人教版)

第2课时　实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 一、两种打点计时器 比较项目 电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电源 220 V的交流电源 约8 V的交流电源 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 电源频率 为50 Hz时 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 位移、时间 二、练习使用打点计时器 1．实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片(电火花计时器选用墨粉纸盘)、低压交流电源(频率是50 Hz，电火花计时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。 2．实验步骤 (1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且把纸带压在复写纸片下面。 (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到8 V的低压交流电源上。 (3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后立即断开电源。 (4)取下纸带，从能看得清的某个点开始(起始点)，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s。 (5)用刻度尺测量出从起始点到第n个点间的距离Δx。 (6)利用公式v＝计算出纸带在这段时间内的平均速度。 (7)用刻度尺测量某计数点前后两个计数点间的距离，计算出平均速度，用来替代该点的瞬时速度。 3．数据处理 (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 v＝(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内任一时刻的瞬时速度。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。 4.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，若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。 题型一　打点计时器的原理和使用 　如图所示，甲、乙是实验室常用的两种打点计时器，请回答下面的问题： (1)图甲是________(选填“电磁打点”或“电火花”)计时器，正常工作时电源采用的是________(选填“直流”或“交流”)电。 (2)根据打点计时器打出的纸带，我们可以不需要通过公式计算，从纸带能直接得到的物理量是________。 A．时间间隔　　　　 　 B．位移 C．平均速度 D．瞬时速度 [解析]　(1)题图甲是电磁打点计时器，正常工作时电源采用的是交流电。 (2)根据打点计时器打出的纸带，我们可以不需要通过公式计算，从纸带能直接得到的物理量是时间间隔和位移；通过计算可得平均速度和瞬时速度。 [答案]　(1)电磁打点　交流　(2)AB 题型二　瞬时速度的测量 　打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题。 (1)如图甲是两种打点计时器的图片，其中A是________计时器。 (2)打点计时器使用的电源为________(选填“交流”或“直流”)电源。 (3)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是________。 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 (4)一小车在重物牵引下拖着穿过打点计时器的纸带沿平直轨道加速运动。打出的纸带的一段如图乙所示，相邻两个计数点之间还有4个打点计时器打下的点未画出。已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。 ①小车连接在纸带的________(选填“左端”或“右端”)。 ②图中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s。 ③计算在打下B点时小车的瞬时速度vB＝__________m/s(结果保留3位有效数字)。 [解析]　(1)由题图甲可知A是电火花计时器。 (2)打点计时器使用的电源均为交流电源。 (3)为了打点稳定并且有效利用纸带，在实验时应先接通电源，打点稳定后再让纸带运动。 (4)①纸带做加速运动，在相等时间内通过的位移逐渐增大，故小车连接在纸带的左端。 ②打点计时器的工作频率为50 Hz，每隔t＝＝ s＝0.02 s打一次点，每相邻两计数点之间还有4个点未画出，会有5个时间间隔，故相邻两计数点的时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s。 ③打下B点时小车的瞬时速度vB＝＝ m/s≈0.376 m/s。 [答案]　(1)电火花　(2)交流　(3)A　(4)①左端 ②0.1　③0.376 　图甲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4个打点计时器打下的点未画出，各计数点到0的距离如图所示。 (1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格。 项目 v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s－1) 0.20 0.61 0.70 (2)在图乙所示的直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。 [解析]　(1)由于相邻两计数点之间还有4个点未画出，所以题图甲中相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，则v2＝ m/s＝0.40 m/s，v4＝ m/s＝0.69 m/s。　 (2)根据(1)问表格中的数据在直角坐标系中描点，然后连线拟合得到vt图像如图所示。 [答案]　(1)0.40　0.69　(2)见解析图 　用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过第一个光电门的速度为________m/s，通过第二个光电门的速度为________m/s。(结果均保留2位有效数字) [解析]　由于滑块经过光电门时遮光条的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光条挡光时间内的平均速度表示。经过第一个光电门的速度v1＝＝ m/s≈0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2＝＝ m/s≈0.27 m/s。 [答案]　0.10　0.27 1．(2025·河南南阳市期中)关于电磁打点计时器，下列说法正确的是(　　) A．是一种使用直流电源的计时仪器 B．工作电压约为220 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点 C．当电源频率是50 Hz时，每隔0.2 s打一次点 D.如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小 解析：选D。电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，故A错误；电磁打点计时器工作电压约为8 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点，故B错误；当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点，故C错误；如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小，故D正确。 2．(2025·四川自贡市期中)在“用电磁打点计时器测速度”实验中，已知交流电源的频率为50 Hz。 (1)下列说法正确的是________。 A．拖动纸带的同时，闭合电源开关 B．先闭合电源开关，让打点计时器正常工作后拖动纸带 C．纸带上的打点密集，说明纸带运动速度较大 D．此次实验所用电源为220 V交流电源 (2)某同学拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打出一系列点，处理时每隔1个点取一个计数点，标上字母A、B、C、D、E、F(中间的点未画出)。 如图所示，某同学用毫米刻度尺进行测量，将数据填到了下表中： 计数点 B C D E F 位置(cm) 1.32 2.75 4.44 6.22 8.12 由表中数据可计算出打下AF段纸带时小车的平均速度为__________m/s。(保留3位有效数字) (3)打点计时器打下C点时小车的速度vC＝__________m/s。(保留3位有效数字) 解析：(1)为了提高纸带的利用率，同时为了使打点更稳定，减小误差，要先接通电源，待计时器开始打点再释放小车，故A错误，B正确；纸带上打的点密集，说明纸带在相等的时间内位移较小，纸带运动速度较小，故C错误；电磁打点计时器使用8 V的交流电源，故D错误。 (2)纸带上每隔1个点取一个计数点，结合题意可知相邻计数点之间的时间间隔T＝0.04 s，打下AF段纸带时小车的平均速度＝＝ m/s＝0.406 m/s。 (3)打点计时器打下C点时小车的速度近似等于B、D两点间的平均速度，即vC＝＝ m/s＝0.390 m/s。 答案：(1)B　(2)0.406　(3)0.390 3．(1)图甲是电火花计时器的示意图。电火花计时器工作时使用________(选填“交流”或“直流”)电源，当电源的频率是50 Hz时，打点周期是________s。 (2)利用该计时器测量纸带的速度，基本步骤如下： A．当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关 B.将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器 C.用手拖动纸带运动 D．接通打点计时器开关 上述步骤正确的顺序是________。(按顺序填写编号) (3)图乙所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器，从点迹的分布情况可以断定纸带做________(选填“加速”或“减速”)运动。若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时________s。 (4)若图乙中AB间长度为11.00 cm，则可以计算出纸带的平均速度是________m/s(计算结果保留2位有效数字)。 解析：(1)电火花计时器是使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。 (2)实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，故正确的步骤是：将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器；接通打点计时器开关；用手拖动纸带运动；当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关。故正确的操作顺序为BDCA。 (3)打点计时器所用电源频率为50 Hz时，每隔T＝0.02 s 打一个点，相等时间内纸带右侧位移大于左侧位移，说明右侧的速度大于左侧的速度，即纸带做加速运动。又因从打下A点到打下B点共14个点迹，即A到B共有13个时间间隔，所以总共用时t＝13×T＝0.26 s。 (4)若A、B两点之间的距离为11 cm，有＝＝≈0.42 m/s。 答案：(1)交流　0.02　(2)BDCA　(3)加速　0.26 (4)0.42 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $