1.3.2 实验：测量做直线运动物体的瞬时速度 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理导学案聚焦“测量直线运动物体的瞬时速度”，引导学生对比电火花与电磁打点计时器，梳理工作电压、打点周期等差异，连接速度概念，为纸带数据处理及v-t图像绘制搭建实验与理论结合的学习支架。 以科学探究为主线，通过动手操作、模拟打点实验及数据计算，渗透科学思维，如用平均速度近似瞬时速度、绘制v-t图像分析规律，培养运动观念与探究能力，检测题分层设计并含位移传感器拓展内容，助力学生提升实验技能与问题解决能力。

1.3位置变化快慢的描述——速度 第二课时 实验：测量做直线运动物体的瞬时速度 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册 学号： 班级： 姓名： 学习目标： 1. 了解打点计时器的计时原理，会使用打点计时器. 2. 理解纸带中包含的信息，会根据纸带测量瞬时速度． 3. 能用描点法画出v-t图像，并能从图像中获取有用的信息． 活动方案： 阅读教材“电磁打点计时器”和“电火花计时器”部分，观察和使用桌面上的两种计时器，完成下表． 电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电压 ________V ________V 工作原理 　　使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条纸带间，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接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一列点迹 　　通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化．振片的一端装有振针，每次振动，振针打在复写纸片上一次，复写纸片就会在下面的纸带上留下一个点的痕迹 打点方式 火花放电使墨粉在纸带上成点 振针通过复写纸在纸带上打点 电源频率 50 Hz 50 Hz 打点周期 记录信息 误差比较 电磁打点计时器由于振针的作用，纸带和复写纸之间阻力相对较大，实验误差比较大；而电火花计时器使用的是火花放电，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小 1. 实验器材 打点计时器、交流电源、刻度尺、纸带、坐标纸等． 2. 实验步骤 （1）把打点计时器固定在桌子上，并安装纸带，安装纸带时，应将需要打点的纸带置于复写纸（或墨粉纸盘）的________（选填“上方”或“下方”）. （2）把打点计时器接到电源上，先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电源． （3）多做几次实验后，整理好实验器材． 3. 数据处理 （1）挑选合适的纸带．从能看得清的某个点开始，往后数出n个点，那么这n个点的时间间隔数为________个，对应的物体运动时间为Δt＝________s.例如，如图甲所示中D、G两点间的时间间隔为0.1 s． 甲 （2）用刻度尺测量出这几个点间的距离Δx. （3）利用公式________计算出纸带在这段时间内的平均速度．我们可以把这个平均速度粗略作为E点的瞬时速度．为了使E点瞬时速度的测量值精确些，可以在E点的前、后各取一段间隔，计算这两段位移的平均速度． （4）如图乙所示，纸带上O点作为起始点，以后的点依次标上A、B、C、…作为“计数点”，依次测出O到A、B、C、…的距离，再计算出相邻两点间的距离x1、x2、x3、…. 乙 （5）各计数点间的时间间隔为T，则A、B、C、…各点的瞬时速度分别为vA＝________、vB＝________、vC＝________、…. （6）如果测得x1＝1.40 cm，x2＝1.90 cm，x3＝2.38 cm，x4＝2.91 cm，x5＝3.39 cm，x6＝3.88 cm，x7＝4.41 cm，x8＝4.90 cm.请把表格填写完整． 位置 A B C D E F G （xn＋xn＋1）/cm 3.30 5.29 6.30 8.29 9.31 v/（m·s-1） 0.83 1.32 1.58 2.07 2.33 （7）根据数据判断纸带的运动速度的变化情况． 4. 请你和另一位同学模拟“打点计时器”实验：甲同学手拿一支笔，乙同学拉动一条长纸带，使纸带在笔的下面沿着一条直线缓慢向前移动．甲同学按照一定的频率点击纸带（比如每秒1次，或每秒2次……），得到了如图所示的一条纸带．想一想：纸带上相邻两点的距离跟拉动纸带的速度有什么关系？如果乙拉动纸带的速度不均匀，对相邻两个点所表示的时间有没有影响？ 1. 为了更直观地反映速度变化的规律，可以画出物体运动的“速度—时间图像”（v-t图像）.作图线时，应该用平滑的曲线来“拟合”坐标系中所描的点，这样曲线所反映的规律与实际情况更接近． 一物体做直线运动，测得其运动过程中一段时间内的速度大小如表所示．尝试在坐标纸中作出物体运动的v-t图像． t/s 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 v/（m·s-1） 0.72 0.77 0.82 0.86 0.92 0.97 2. 由v-t图像可知：①任一时刻速度的大小和方向；②物体运动的速度随时间变化的规律．注意vt图像只能描述直线运动的情况，即速度只有正、负两个方向． 如图所示是甲、乙两物体沿某一直线运动的v-t图像，至少从以下三个方面分别说明它们的速度是怎样变化的． （1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？ （2）速度的大小变化吗？是加速还是减速？ （3）运动的方向是否变化？ 甲　　　　　　　　 乙 阅读教材“拓展学习：借助传感器与计算机测速度”，完成下列问题： 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每次同时发射红外线和超声波信号，接收器B可以接受红外线和超声波信号．测量时：B不动，A向右远离B运动．A间隔Δt时间发射两次脉冲，B接收到第一次红外线脉冲开始计时，经过t1时间接收到第一次超声波脉冲；B接收到第二次红外线脉冲开始计时，经过t2的时间接收到第二次超声波脉冲．（红外线的传播时间可忽略） （1）声速已知为v声，则A第一次发射信号时距B的距离为________；第二次发射信号时距B的距离为________． （2）Δt的时间很短，则A在这段时间的平均速度可近似代表此刻A的瞬时速度，则此时A的速度为________． 检测反馈： 1. 打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请完成下列有关问题． （1）打点计时器是________（选填“打点计时”或“测速”）的仪器. （2）如图所示是两种打点计时器的图片，其中甲计时器的电源采用的是________（选填“交流约8 V”“交流220 V”或“四节干电池”），乙计时器的电源采用的是________（选填“交流约8 V”“交流220 V”或“四节干电池”） 甲 乙 （3）在实验中，某同学得到一条打点清晰的纸带如图所示，要求测出D点的瞬时速度．本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是________. A. ＝vD，Δt1＝0.14 s　 B. ＝vD，Δt2＝0.06 s C. ＝vD，Δt3＝0.1 s　 D. ＝vD，Δt4＝0.04 s 2. 如图所示的A、B、C三条纸带是某同学练习使用打点计时器时得到的纸带（纸带的左端连接小车）. （1）从点痕的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带________是越走越快的，纸带________是开始越走越快，后来又越走越慢的． （2）图中纸带C是舍去前面比较密的点，从0点开始，每5个连续点取1个计数点，标以1，2，3，4，5，…，那么相邻两个计数点之间的时间间隔为________s.各计数点之间的距离如图中所示，则小车通过“1”计数点的速度v1＝________m/s，通过“3”计数点的速度v3＝________m/s. 3. 在“练习使用打点计时器”的实验中： （1）本实验除电火花计时器（含纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的主要仪器有________（选填“交流”或“直流”）电源. （2）关于本实验，下列说法正确是________. A. 利用平均速度代替瞬时速度造成的误差属于偶然误差 B. 纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越大 C. 先接通电源，待打点计时器正常工作时，再释放纸带 D. 若使用电磁打点计时器，应让复写纸放在纸带下面 （3）某次实验，打点计时器使用的电源频率为50 Hz，纸带的记录如图所示，从A点开始每五个点取一个计数点，依次标记为B、C、D、E，其中A为这五个点中最先打出的点．则纸带的运动是________（选填“加速”“匀速”或“减速”）运动；打出A、E这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度大小是________m/s；D点的瞬时速度为________m/s.（后两空均保留两位有效数字） 4. 在“用打点计时器测瞬时速度”的实验中，用小车拉动纸带运动得到的一条纸带的一部分如图甲所示，从0点开始依照打点的先后依次标为0，1，2，3，4，5，6，…，现在测得0、1间的距离x1＝5.18 cm，1、2间的距离x2＝4.40 cm，2、3间的距离x3＝3.62 cm，3、4间的距离x4＝2.78 cm，4、5间的距离x5＝2.00 cm，5、6间的距离x6＝1.22 cm.（交流电源频率为50 Hz） 甲 乙 （1）根据上面的记录，计算打点计时器在打3点时的速度并填在表格中： 位置 1 2 3 4 5 v/（m·s-1） 1.20 1.00 0.60 0.40 （2）根据（1）中表格，在图乙中画出小车的速度—时间图像，说明小车速度变化特点是_____________________________________． 5. 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为Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间为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.（结果均保留两位有效数字） 6. （选做）实验室用位移传感器测速度，如图所示．不动的小盒C在Δt时间内向被测物体D发出两束超声波脉冲，被D反射后又被C接收，两次发射与接收超声波脉冲的时间差为t1、t2，空气中的声速为v，则物体D的速度为________． 活动方案 活动一： 电火花计时器 电磁打点计时器 工作电压 220 约8 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 时间和位移 活动二： 2. （1）下方 3. （1）n－1　0.02（n－1）　（3）v＝ （5）　　 （6） 位置 B E （xn＋xn＋1）/cm 4.28 7.27 v/（m·s-1） 1.07 1.82 （7）纸带做加速运动． 4. 由于相邻两点间的时间间隔基本相等，所以，纸带上相邻两点间的距离越大，表示拉动纸带的速度越大．该纸带表示乙拉动得越来越快．如果乙拉动纸带的速度不均匀，对相邻两个点所表示的时间间隔没有影响． 活动三： 1. 2. （1）甲具有一定的初速度，乙的初速度为0. （2）甲的速度不变，乙先做加速运动，再做匀速运动，最后做减速运动． （3）甲、乙的运动方向都不发生变化． 活动四： （1）v声t1　v声t2 （2） 解析：（1）因为红外线的速度远大于超声波的传播速度，在分析过程中忽略不计其传播的时间；则A第一次发射信号时距B的距离为v声t1，第二次发射信号时距B的距离为v声t2. （2）Δt的时间很短，则A在这段时间的平均速度可近似代表此刻A的瞬时速度，则此时A的速度为v＝. 检测反馈 1. （1）打点计时　（2）交流220 V　交流约8 V　（3）D 解析：（1）打点计时器每隔0.02 s打点一次，可以记录物体运动的时间，所以打点计时器是打点计时仪器． （2）由图甲中有墨粉盒可知，甲是电火花计时器，使用的是交流220 V；由图乙中有复写纸可知，乙是电磁打点计时器，使用的是交流约8 V． （3）求D点的瞬时速度，最准确的应是用包含该点且与该点相邻的两点之间的平均速度来表示，即vD＝，又C、E间的时间间隔应为0.04 s，故D正确． 2. （1）A　B　C　（2）0.1　0.135　0.180 解析：（1）打点计时器打点的时间间隔相同，若纸带做匀速运动，则打出的点间距是相等的，结合图可知纸带A匀速运动．若纸带做加速运动，则打出的点间距越来越大．纸带减速时，打出的点间距越来越小，结合图可知纸带B是越走越快，纸带C是先快后慢． （2）两计数点间的时间间隔T＝0.1 s， 通过“1”计数点的速度可用0、2间的平均速度表示，则有v1＝＝0.135 m/s. 通过“3”计数点的速度可用2、4间的平均速度表示，则有v3＝＝0.180 m/s. 3. （1）交流　（2）C　（3）加速　0.30　0.34 解析：（1）本实验除电火花计时器（含纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的主要仪器有交流电源． （2）利用平均速度代替瞬时速度是在精确度要求不高的情况下采取的近似处理方式，由此带来的误差是由实验原理本身不完善造成的，属于系统误差，A错误；纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越小，B错误；为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，应先接通电源，待打点计时器正常工作时，再释放纸带，C正确；若使用电磁打点计时器，应让纸带放在复写纸下面，D错误． （3）因为从A点开始，相邻两点间的距离不断增大，所以纸带的运动是加速运动．打出A、E这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度大小是＝＝＝0.30 m/s，D点的瞬时速度用C、E两点间的平均速度来代替，即vD＝＝ ＝0.34 m/s. 4. （1）0.80 （2） 小车速度随时间均匀减小 解析：（1）某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示．由v＝ 得打3点时v3＝＝0.80 m/s. （2）描点并连线得小车的速度—时间图像，如图所示．由图像可知，小车速度随时间均匀减小． 5. 0.10　0.27 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. 6. 解析：第一束超声波脉冲到达D时，D、C间距离为x1＝v， 第一束超声波脉冲被D反射后又被C接收，所需时间为 ，在此时间内，D向右的位移为x2＝vD， 第一束超声波脉冲被C接收，至第二束超声波脉冲发射，所需时间为Δt－t1，在此时间内，D向右的位移为x3＝vD（Δt－t1）， 第二束超声波脉冲发射，至第二束超声波脉冲到达D，所需时间为 ，在此时间内，D向右的位移为x4＝vD， 第二束超声波脉冲到达D时，D、C间距离为x5＝v， 所以有x5－x1＝x2＋x3＋x4， 解得vD＝. 学科网（北京）股份有限公司 $