2025-2026学年高一寒假假期作业实验专题：实验 测量纸带的平均速度和瞬时速度

高中物理必修第一册假期作业 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度（实验专题） 第一部分 实验过程 一、打点计时器 1．作用：打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动位移和时间信息的仪器。 2．种类：实验室常用的打点计时器有电火花计时器和电磁打点计时器两种。 3．工作电源：电火花计时器的工作电源是220 V的交流(填“交流”或“直流”)电源。电磁打点计时器的工作电源是4～6 V的交流(填“交流”或“直流”)电源。 4．时间间隔：当电源频率为50 Hz时，打点的时间间隔都是0.02 s。 二、用打点计时器测量瞬时速度的方法 1．粗略表示某点瞬时速度的方法 在打出的纸带上，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间内的位移Δx，同时记录对应的时间Δt，就可算出各点附近的平均速度＝。把它当作打点计时器打下这些点时的瞬时速度。 2．实验：打点计时器的使用及瞬时速度的测量 (1)练习使用打点计时器 ①把打点计时器固定在水平桌面上，安装好纸带。 ②接通交流(填“直流”或“交流”)电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一系列点迹，然后关闭电源。 ③取下纸带，选择某个清晰的点，往后数出若干个点，如果电源频率为50 Hz，数出n个点，则第n个与第1个点之间的间隔数为n－1个，由Δt＝0.02(n－1) s，计算出纸带从第一个点运动到第n个点的时间。 ④用刻度尺测量出从第一个点到第n个点的距离Δx。 (2)测量沿斜面运动小车的瞬时速度 ①把打点计时器固定在斜面的顶端，将一辆系有纸带的小车放置在斜面上。接通打点计时器的电源，让打点计时器开始打点，然后放手让小车带动纸带运动，在纸带上打出一系列的点，记录下小车的运动信息。 ②在纸带上选取点迹清晰的一段，将某个能看清的点标为0，以后每隔0.1 s标一个计数点，相邻计数点间的位移为s1，s2，s3，s4，s5…。用刻度尺测量相邻计数点间的位移。 ③计算包含某个计数点在内的一段位移Δx，同时记录对应的时间Δt，利用v＝计算该计数点的瞬时速度。 (3)注意事项 ①打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置。 ②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。 ④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。 ⑤为减小实验误差，1、2、3、4…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，电源频率为50 Hz，此时两计数点间的时间间隔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＝(第1个计数点标为0)。 三、数字计时器 1．作用：可以将采集信息的时间显示出来的仪器。计时测量装置：由数字计时器和光电门组成。(如图) 2．计时原理 (1)记录物体通过一个光电门的时间。当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，当物体离开光电门时，数字计时器停止计时，这样就记录下物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。 (2)数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度。 第二部分 针对训练 1.(1)打点计时器是一种记录物体______和________信息的仪器； (2)当电磁打点计时器的电源频率是50 Hz时，打点计时器每隔________s打一个点； (3)关于打点计时器的使用说法正确的是____________。 A．电磁打点计时器使用的是10 V以下的直流电源 B．在测量物体速度时，为了减小误差，先让纸带运动，后接通打点计时器的电源 C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小 D．纸带上打的点越密，说明物体运动得越快 2.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)甲图是____________(填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”)； (2)关于上面两种打点计时器，下列说法中正确的是________； A．甲使用直流电源，乙使用交流电源 B．甲、乙的工作电压分别为4～6 V和220 V C．当电源频率为50 Hz时，它们都是每隔0.02 s打一个点 D．乙工作时，应先让纸带运动，再接通电源 (3)在某次实验中，小车拖着纸带通过计时器记录下的运动情况如图丙所示，图中A、B、C、D、E为连续的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.10 s，则在打C点时小车的瞬时速度是________m/s，小车在BE段的平均速度是________m/s(保留两位小数)。 3.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理顺序,将各步骤的字母代号按顺序写在空白处。 A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压　　　　　(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上。  B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过　　　　　,并压在　　　　　下面。  C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx。 D.切断电源,取下纸带,如果共有n个清晰的点,则这段纸带记录的时间Δt＝　　　　　。  E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点。 F.利用公式v＝计算纸带运动的平均速度。 实验步骤的合理顺序是　　　　　　。  4.某同学在做匀变速直线运动实验时获得的一条纸带如图所示。 (1)已知打点计时器电源的频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为　　　　s。  (2)A、B、C、D是纸带上的四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距x＝　　　　cm,C点对应的速度是　　　　m/s(结果保留3位有效数字)。  5.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。 v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s－1) 0.20 0.61 0.70 (2)根据表格中数据，在直角坐标系中画出物体的速度—时间图像。 (3)如果当时交变电流的频率f＝55 Hz，而计算时仍按f＝50 Hz处理，那么速度的测量值将________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)(已知T＝)。 6.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) (1)根据上面的记录,计算打点计时器在打1,2,3,4,5点时的速度并填在下表中: 位置 1 2 3 4 5 v/(m·s-1) (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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。  7.(1)在做用打点计时器测速度的实验时,要用到打点计时器,打点计时器是一种计时仪器,其电源频率为50 Hz,常用的“电磁打点计时器”使用的电压是约8 V的　　　　(选填“直流电”或“交流电”),它每隔　　　　 s打一个点。  (2)用打点计时器测定物体的速度,当电源频率低于50 Hz时,如果仍按50 Hz的时间间隔打一个点计算,则测出的速度数值将比物体的真实速度数值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。  8.某同学观察到将家里的自来水的水龙头调节到合适的时候能一滴一滴地下落,也可以起到打点计时器的作用,通过观察发现从第一滴水落在地面开始计时,到第10滴水落在地面恰好是9 s的时间,通过查找资料又知道相邻的两滴水落到地上的时间间隔相等。保持水龙头不动,纸带紧贴地面,减速拖动纸带得到水滴落在纸上的痕迹A、B、C、D、E(已用铅笔加深)如图所示。纸带上最先留下的痕迹是　　　　(选填“O点”或“E点”),纸带运动AC段的平均速度大小为　　　　m/s,此平均速度　　　　(选填“大于”或“小于”)C点的瞬时速度。(结果保留2位小数)  9.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)  学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理必修第一册假期作业 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度（实验专题）答案 1.　(1)位移　时间　(2)0.02　(3)C 解析　(2)打点计时器打点周期T＝＝0.02 s；(3)电磁打点计时器使用的是4～6 V的交流电源，故A错误；实验时应先接通电源，后拉动纸带，故B错误；打点的时间间隔取决于交流电源的频率，电源频率越高，打点的时间间隔就越小，故C正确；纸带上打的点越密，说明相等时间内物体的位移越小，即物体运动得越慢，故D错误。 2.　(1)电磁打点计时器　(2)BC　(3)0.19　0.20 解析　(1)题图甲是电磁打点计时器。 (2)电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电源，故A错误；电磁打点计时器工作电压是4～6 V，电火花计时器的工作电压是220 V，故B正确；当电源频率为50 Hz时，它们都是每隔0.02 s打一个点，故C正确；打点计时器在使用时应先接通电源，再让纸带运动，故D错误。 (3)由题意知，相邻两个计数点间的时间间隔是0.10 s，C为BD段的时间中点，则打C点时小车的瞬时速度vC＝＝＝×10－2 m/s＝0.19 m/s，小车在BE段的平均速度BE＝＝＝×10－2 m/s＝0.20 m/s。 3.答案:交流　限位孔　复写纸　(n-1)×0.02 s　BAEDCF A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源;B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔,并压在复写纸的下方;D项中纸带上记录的时间Δt＝(n-1)×0.02 s。合理的实验步骤为BAEDCF。 4.答案:(1)0.02　(2)0.70(0.68~0.72均可)　0.100 (1)由周期和频率的关系T＝,可知周期为0.02 s,即纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02 s。 (2)由题图可知A、B两点间距约为0.70 cm,C点瞬时速度等于B、D间的平均速度,则vC＝ ＝0.100 m/s。 5.　(1)0.40　0.69　(2)见解析图　(3)偏小 解析　(1)由于相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以题图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)根据表格中数据在直角坐标系中描点，然后连线得到v－t图像如图所示。 (3)如果f＝55 Hz>50 Hz，则实际打点周期偏小，计时引用数据偏大，由v＝可知，速度测量值将小于真实值。 6.答案　(1)见解析　(2)见解析图　小车速度随时间均匀减小 (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1点时,v1≈1.20 m/s;打2点时,v2≈1.00 m/s;打3点时,v3＝0.80 m/s;打4点时,v4≈0.60 m/s;打5点时,v5≈0.40 m/s;将数值填入表格如下。 位置 1 2 3 4 5 v/(m·s-1) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 (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。 7.答案:(1)交流电　0.02　(2)偏大 (1)电磁打点计时器的工作电压是约为8 V的交流电。打点间隔为交流电的频率的倒数,当电源的频率是50 Hz时,打点周期是0.02 s。 (2)当交流电的频率低于50 Hz时,打点计时器打一次点的时间间隔t将大于0.02 s,利用公式v＝计算时,t取0.02 s时比真实值偏小,因此测出的速度将比真实值偏大。 8.　答案　E点　0.07　小于 减速拖动纸带,相等时间间距变小,故纸带上最先留下的痕迹是E点。第一滴水落在地面开始计时,到第10滴水落在地面恰好是9 s的时间,T＝ s＝1 s。 纸带运动AC段的平均速度可近似为B点瞬时速度,则v＝≈0.07 m/s,而纸带减速运动,故此速度小于C点的瞬时速度。 9.答案:0.10　0.27 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。 学科网（北京）股份有限公司 $