2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 课件-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件围绕“科学测量做直线运动物体的瞬时速度”展开，从生活中变速运动现象设问导入，衔接匀变速直线运动规律，通过打点计时器、频闪相机等工具构建时间位移记录方法，搭建实验探究的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，结合电磁与电火花打点计时器对比、逐差法数据分析等科学思维方法，通过饮料瓶滴水模拟实验、v-t图像拟合等实例，培养学生实验操作与数据处理能力。既助学生深化运动观念，又为教师提供完整实验教学方案，提升教学效率。

第二章 匀变速直线运动 第4节 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 思考：生活中运动物体的速度往往都是不断变化，如何研究物体速度随时间变化的规律？ 1.两种打点计时器 电磁打点计时器 打点方式 振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹 工作电压 4-6v交流电 打点频率 与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点 阻力来源 来自振针和纸带之间的摩擦，以及限位孔和纸带间的摩擦，阻力较大 一：运动时间和位移的记录 电火花打点计时器 工作电压 220v交流电 打点方式 利用火花放电，在纸带上“打”出点迹 打点频率 与交流电的频率相同，若为50Hz，则每隔0.02s打一个点 阻力来源 来自纸带本身的运动，阻力较小，实验误差较小 研究物体运动情况，当缺少相应的实验条件，还可利用“模拟打点计时器”等简易方法获取位移与时间信息。 按一定间隔的时间（如每秒１次或每秒 2 次）点击纸带 模拟打点计时器 拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶竞走，然后通过留在地上的水印分析他的速度变化情况 特点：每隔相等时间闪光一次的特点，可得运动物体间隔相等时间的频闪照片，这些照片能反映出该物体每隔相等时间所到达的位置信息。 频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而间隔相等时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点。 频闪相机 1.实验目的 2.实验器材 （1）测量小车的瞬时速度。 （2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。 （3）学习使用打点计时器。 测小车瞬时速度的实验装置 电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、低压交流电源（或220 V交流电源）、纸带、长木板（或轨道）、U形夹、小车、毫米刻度尺 二：测量小车的瞬时速度 1.纸带上打出的原始点为计时点。 2.为便于测量和计算，选取间距较大且时间间隔相等的计时点来研究，这样的点叫做计数点。 如何选择计数点 舍去开头密集的点，选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点0，依次向后每5个点选取一个计数点，分别记为1，2，3……. 相邻两个计数点间隔的时间 T = 0.10s。 0 1 2 3 3.实验原理与设计 如何根据求纸带上某点的瞬时速度？ 在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。由此，根据纸带上打出的点，可计算打点计时器打下某点时小车的瞬时速度。 例：若测量打下点1时小车的瞬时速度，可以选择点1前后附近的两个点，若这两点的间隔时间很短，两点间的平均速度可近似视为打下点1时小车的瞬时速度。考虑到实际测量的误差，所选的两点也不宜太近。 打下点1时小车瞬时速度可近似认为等于点0至点2间的平均速度，即v1= 4.实验步骤 （1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。 （2）将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。 （3）先打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑倒斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。 （4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3... （5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点0对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点的间距s，将t和s的相应数据填入表中。 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置 No1 滑轮不能过高,细绳应与木板平行 No2 先接通电源，后让纸带运动 No4 小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来 No3 打点结束后立即关闭电源 No5 注意事项 5.数据分析 （1）计算计数点1，2，3，…对应的瞬时速度，将计算结果填入表格 （2）根据计算试据绘制速度随时间变化的v—t图像，判断小车是否做匀变速直线运动。 ①在坐标纸上建立坐标系，描出数据点； ②用一条平滑曲线（包括直线） “拟合”这些点，让这条线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在曲线两侧，偏差比较大的点忽略不计。 6.实验结论:v－t图像的数据点基本分布在一条直线上，小车做匀加速直线运动。 0 0.1 0.2 0.3 0.4　0.5 0.6 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 t/s v/(m·s-1) 作出v－t图像 思考1.为什么画出计数点时要避开点迹密集部分？ 避开点迹密集部分是为了减小误差，因为开始打点时打点不稳定，速度小，点之间的间距小，导致测量位移的误差大。 选取的计数点时间间隔越小，平均速度就越接近瞬时速度，但实验误差不一定就越小。时间间隔越小，点之间间距越小，测量位移的误差会越大，且测量的点太少，偶然误差太大。 思考2.选取的计数点时间间隔越小，平均速度越接近瞬时速度，实验误差是否就一定越小？ 拓展：利用“逐差法”法，计算加速度 逐差法是提高实验数据利用率、减小偶然误差的一种方法 在匀变速直线运动中，相邻相同时间间隔 T 内的位移差都相等，有 如果用相邻的相段位移差计算加速度，再求平均值则有 可见，最后只用到S1 和S6 两个数据，实验数据的利用率不高。 如何才能提高实验数据的利用率、减小偶然误差？ 逐差法 为了提高实验数据的利用率、减小偶然误差，可把上述连续的6个数据前后对半分成 A、B 两组，每组 3 个数据，将B组第一个数据减去 A 组第一个数据得 ΔS1=S4-S1=3a1T2，B组第二个数据减去A组第二个数据得ΔS2=S5-S2=3a2T2，同理有ΔS3=S6-S3=3a3T2。 B组 A组 由此，可分别求得a1 、a2 和a3 ，再取其平均值 所取实验数据均参与运算，这样便提高了实验数据的利用率，减小了偶然误差。 运动时间和位移的记录 电磁打点计时器 电火花打点计时器 两种打点计时器 频闪照相 测量小车的瞬时速度 1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是（ ） A.小车在槽码的牵引下运动时只需打出一条纸带，然后进行数据处理 B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为计时起点 C.为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为 计时起点 D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s C 2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： (1)下列仪器需要用到的有________. AB (2)某同学进行了以下实验操作步骤，其中有错误的步骤是_____. A.将电火花计时器固定在长木板的一端，并接在220 V交变电源上 B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码 D.将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，然后接通电源 D (3)在实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50 Hz，相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，测量出x5＝4.44 cm、x6＝4.78 cm，则打下F点时小车的瞬时速度v＝________ m/s.(结果保留两位有效数字) 0.46 (4)若实验时电源频率大于50 Hz，而做实验的同学并不知道，则打下F点时小车的实际速度_______(选填“大于”“小于”或“等于”)测量速度. 大于 (5)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比______(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 不变 $