1.4实验：用打点计时器测量小车的速度 课件 -2026-2027学年高一上学期物理教科版必修第一册

第一章 描述运动的基本概念 实验：用打点计时器测量小车的速度 2 3 1 重点 重难点 学会安装和使用打点计时器。 会根据纸带上的点迹测量、记录和处理实验数据，并会用测量数据计算瞬时速度。 能运用实验数据描绘v-t图像，并会根据图像说明物体的运动情况。 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，算出相邻时刻间的位移，由于时间间隔Δt足够小，所以Δt内的 平均速度对应着这段时间起始点的 速度。 瞬时 一、实验设计 小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、 、坐标纸。 刻度尺 二、实验器材 1.按图甲安装实验器材。 打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接6 V低压交流电源，电火花打点计时器接220 V交流电源)。 甲 三、实验操作 2.使小车在木板上保持静止，并靠近打点计时器，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如图乙所示。 乙 1.在纸带上选取一段点迹清晰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)，记录在下表中。 计数点序号 O A B C D E … 计数点对应的时刻t/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10   计数点对应的位置坐标x/m               四、数据处理 3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE…并记录在下表中。 4.根据平均速度公式=，计算各段的平均速度、、、、…并记录在下表中。 相邻计时点间的位移Δx/m xOA xAB xBC xCD xDE xEF …               相邻计时点间的平均速度v/(m·s-1) …               把相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(例如把当作vO)，在如图所示的坐标纸上绘制v-t图像。 五、绘制v－t图像 1.打点前，应使物体停在 (填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置。 2.打点时，应先 ，待打点计时器打点 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，A、B、C、D…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，此时两计数点的时间间隔T= 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=。 靠近 开启电源 稳定 0.1 六、注意事项 为什么我们可以把相邻计时点的平均速度当作起始点的瞬时速度？ 因为两计时点间的时间间隔很短，即Δt足够小时，就可以认为是测量时刻(起始点)的瞬时速度。 思考与讨论 1.(1)打点计时器是记录做直线运动物体的　 　和　 　的仪器。电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是　　　，它靠电火花和墨粉打点，当电源的频率为50 Hz时，它每隔　 　秒打一次点。 时间 位移 220 V 0.02 打点计时器是记录运动物体的时间和位移的仪器，均使用交流电源，电火花打点计时器的工作电压是220 V，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。 例题 (2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是　 　。 A.把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔 B.把打点计时器与6 V低压直流电源相连 C.用手水平地拉动纸带，然后启动电源 D.关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0， 　用公式v=计算纸带运动的平均速度 BC 电火花打点计时器使用220 V交流电源，故B错误； 实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误。 　 2.在“测量纸带的速度”的实验中，得到如图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度，下列用来计算打D点时纸带速度的表达式中误差最小的是 A.　　　　　　　B. C.　　　 　D. √ 某点的瞬时速度可以用该点为中间时刻的一段时间内的平均速度大小来代替，vn=，而且所选时间段越短，误差越小，B正确。 例题 3.(2024·南阳市高一阶段练习)在“用打点计时器测速度”的实验中，一条记录小车运动情况的纸带如图所示，在其上取A、B、C、D、E5个计数点，每相邻两个计数点之间还有9个点 没有在图中画出(电源频率为50 Hz)。 (1)每两个点之间时间间隔为tAB=tBC=tCD= tDE=　 　 s； 0.20 (2)B点速度vB=　　　，D点速度vD=　　　(结果保留三位有效数字) 0.345 0.975 例题 4.(2023·青岛市高一期中)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 间还有四个打出的点未画出，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。   v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s-1) 0.20   0.61   0.70 0.40 0.69 例题 (2)在如图所示的直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。 (3)如果当时交流电源的频率f=51 Hz，而计算时仍按f=50 Hz处理，那么速度测量值将　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)(已知T=)。 偏小 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能够发射红外线和超声波信号，接收器 B可以接收红外线和超声波信号，发射器 A固定在被测的运动物体上，接收器 B固定在桌面上或滑轨上， 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 借助传感器与计算机测速度 A A B x2 x1 Δx P Q 拓展方案 18 测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲（即持续时间很短的一束红外线和一束超声波）.B 接收到红外线脉冲开始计时，接收到超声波脉冲停止计时.根据两者的时差和空气中的声速，计算机自动算出A 与B间的距离（红外线的传播时间可以忽略）.经过短暂的时间Δt后，传感器和计算机系统自动进行第二次测量，得到物体的新位置. 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 A A B x2 x1 Δx P Q 19 算出两个位置间的距离，即物体运动的位移Δx,系统按照v＝ 算出速度v，显示在屏幕上.这样测出的速度是发射器A在时间Δt内的平均速度.然而Δt很短，通常设置为0.02 s，所以Δx与Δt之比可以代表此刻发射器A（即运动物体）的瞬时速度. 运动方向 超声波 红外线 连接到计算机 A A B x2 x1 Δx P Q 20 (2) B点速度vB= m/s=0.345 m/s D点速度vD= m/s=0.975 m/s。 (1)由题意在其上取A、B、C、D、E5个计数点，每相邻两个计数点之间还有9个点没有在图中画出，即每相邻两计数点时间间隔为tAB=tBC=tCD=tDE=×10 s=0.20 s (1)由于相邻两个计数点之间还有四个点未画出，所以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)根据表格中数据和在(1)中求出的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=51 Hz>50 Hz，则实际打点周期偏小，由v=可知，速度测量值将偏小。 Keep Thinking! Lavf57.83.100 $我们需要用到以下实验器材，电火花计时器、小车纸袋、钩码、带滑轮的长木板、细线、毫米刻度尺。