1.3.2 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 课件 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“测量纸带的平均速度和瞬时速度”实验，通过打点计时器操作导入，衔接速度概念，以极限思维法为学习支架，结合光电门测速度原理，为后续v-t图像分析奠定基础。 其亮点在于融合科学思维（极限思维、模型建构）与科学探究（实验设计、数据处理），包含光电门、频闪照相创新实验案例，通过误差分析和辨析题培养严谨态度。学生能提升实验操作与数据处理能力，教师可获得结构化教学流程与丰富实例。

第2课时　 实验:测量纸带的平均速度和瞬时速度 一、实验目的 1.会测量纸带的平均速度。 2.掌握测量纸带瞬时速度的方法,会用纸带上打出的点求瞬时速度。 3.能利用实验数据描绘v-t图像,并会根据图像分析物体运动的速度随 时间的变化。 二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源、复写纸、导线、 _______、纸带。 刻度尺 三、实验原理与设计 1.实验的基本思想方法——极限思维法。 2.实验原理 (1)位移的测量:Δx是纸带上两点间的距离,利用_______测量。 (2)时间的测量:Δt是这两点间的_________,利用打点计时器测量。 (3)速度的计算:根据_____可求出纸带上任意两点间的平均速度。 当Δt足够小时,我们可以认为其平均速度近似等于某点的_________。 刻度尺 时间间隔 v= 瞬时速度 3.光电门测速度的原理 如图所示,当滑块通过光电门时,光电计时器记录了遮光条通过光电门的时 间,而遮光条的宽度d已知,且非常小。由于滑块通过光电门的时间Δt非常 ___,在这段时间内滑块的运动可以近似看作匀速直线运动,所以可以认为遮 光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的_____速度,即v==。 1.工字钢底座　2.底脚螺丝　3.滑轮　4.光电门 5.导轨　6.遮光条　7.滑块　8.缓冲弹簧　 9.连气源 短 平均 [交流讨论]当打出的纸带点迹比较密集时(如图所示),如何处理? 提示:可以考虑每5个点取一个计数点,如图。 当两点间距离过小,测量位移时误差就会增大,所以需要每5个点取一个计数点。 四、实验步骤 1.观察打点计时器的构造,并把它固定在桌子上。 2.把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与低压交流电源的接线柱相连接(或把电火花计时器与220 V交流电源连接)。 3.让纸带穿过电磁打点计时器的两个限位孔,压在复写纸的下面(或压在电火花计时器的墨粉纸盘下面)。 4.接通电源开关,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。 5.重复步骤3、4,获得3~5条纸带。 6.以纸带上点迹清晰的某一点为起始点0,后面每5个点取一个计数点,分别用1,2,3,…标出这些计数点,则两相邻计数点之间的时间间隔Δt=5T。 7.用刻度尺测量出各计数点到起始点的距离Δx。 五、数据处理 1.测量平均速度 若电源频率为50 Hz,每隔0.1 s(或更短)计算一次平均速度。 (1)在图中选取纸带上一点为起始点0,后面每5个点取一个计数点,分别用数字1,2,3,…标出这些计数点; (2)测量各计数点到起始点0的距离x,记录在表1中; (3)计算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt; (4)根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。 表1　手拉纸带的位移和平均速度 位置 0 1 2 3 4 … x/m             Δx/m             Δt/s             v/(m·s-1)             2.测量瞬时速度 思路:取包含某一位置在内的一小段位移Δx,根据v=算出这一段位移内的 平均速度,用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。如图所示, 时间Δt越短,D、F两点间的平均速度越接近E点的瞬时速度,即vE=。 每隔0.06 s计算一次速度。 (1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带; (2)从纸带起始点0算起,后面每3个点取一个计数点; (3)测量各计数点到起始点0的距离x,记录在表2中; (4)计算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt; (5)根据Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速度。将算出的各计数点的速度值记录在表2中。 运动物体在1,2,3,4,…各点的瞬时速度分别为v1=,v2=, v3=,v4=,… 表2　手拉纸带的瞬时速度 位置 0 1 2 3 4 5 … x/m               Δx/m               Δt/s               v/(m·s-1)               [交流讨论] 如果在纸带上数出了n个点,那么,它们的间隔数是多少个?它们的时间间隔又为多少? 提示:如果在纸带上数出了n个点,那么,它们的间隔数是(n-1)个,它们的时间间隔为(n-1)×0.02 s。 六、误差分析 1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度造成的误差。为减小此误差,应选取以计数点为中间时刻的较近的两点间的位移Δx来求平均速度。 2.测量计数点间的位移Δx带来的误差。减小此误差的方法:一是取计数点时,相邻两计数点间的距离不能过小;二是依次测出各计数点到起始点的距离,再分别计算出各相邻计数点间的距离。 【辨析明理】 (1)电火花计时器比电磁打点计时器更精确。(　　) (2)使用打点计时器时应先拉动纸带,再接通电源。(　　) (3)使用电磁打点计时器时,穿过限位孔的纸带在复写纸上方。(　　) (4)实验完毕后应先取下纸带,再关闭电源。(　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 类型一教材原型实验 [典例1](1)使用打点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)  BDCA (2)在某次实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度对应的位置如图所示。(打点计时器所用电源频率为50 Hz) ①可求出A点到D点的距离是_________cm,相邻两计数点间的时间间 隔T=________s。   ②由实验数据可得A点到D点的平均速度是_________m/s;经过B点时的 瞬时速度是_________m/s(结果均保留两位有效数字)。   4.10 0.1 0.14 0.13 【解析】(1)利用打点计时器测量纸带的速度,先将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器,再接通打点计时器开关,然后用手拖动纸带运动,当纸带完全通过计时器后,及时关闭开关。故上述步骤正确的顺序是BDCA。 (2)①由毫米刻度尺读数方法可得,A点到D点的距离为4.10 cm。打点计时器使用电源频率为50 Hz,则打点周期为0.02 s,相邻两计数点间还有4个点,则相邻两计数点间的时间间隔为T=0.1 s。 ②根据平均速度公式有== m/s≈0.14 m/s; 由题图得AC=2.50 cm,经过B点时的瞬时速度vB=≈0.13 m/s。 答案:(1)BDCA (2)①4.10　0.1　②0.14　0.13 类型二创新型实验 [典例2](2026·郑州高一检测)某同学用如图所示的气垫导轨和光电门做“测量物体做直线运动的平均速度和瞬时速度”实验。请回答下面的问题: (1)已知遮光条的宽度为1.44 cm,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=0.144 s,通 过第二个光电门的时间Δt2=0.072 s,则遮光条通过第一个光电门的速度大 小为v1=______m/s,遮光条通过第二个光电门的速度大小为v2=______m/s。 (均保留一位有效数字)  (2)为使平均速度更接近瞬时速度,正确的措施是______。(填选项代号)   A.提高测量遮光条宽度的精确度 B.换用宽度更窄的遮光条 C.使滑块的释放点更靠近光电门 0.1 0.2 B 【解析】(1)遮光条通过第一个光电门的平均速度大小v1== m/s =0.1 m/s;遮光条通过第二个光电门的平均速度大小v2== m/s= 0.2 m/s。 (2)实验中利用平均速度替代瞬时速度,遮光条越窄或速度越大,则遮光时间 越短,平均速度越接近瞬时速度;而使滑块的释放点更靠近光电门,或者提高 测量遮光条宽度的精确度,均不能达到使平均速度更接近瞬时速度的目的, 故B正确。 答案:(1)0.1　0.2　(2)B [典例3]频闪照相法是一种利用照相技术每间隔一定时间曝光,从而在胶片上形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中会用到频闪灯,它每隔相等时间闪光一次,例如每隔0.1 s闪光一次,即每秒闪光10次。当物体运动时,利用频闪灯照明,照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间的像,从而记录物体每隔相等时间所到达的位置。如图甲所示是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1 s,这样便记录了小球运动的时间,而小球运动的位移可以用尺子量出。 根据小球的频闪照片提供的信息,在图乙中作出小球的v-t图像,并由图像 确定第1次曝光时小球的速度大小为__________m/s。  0.40 【解析】可以求出第2、3、4、5次曝光时小球的速度大小, v2==0.80 m/s, v3==1.15 m/s, v4==1.70 m/s, v5==2.05 m/s, 作出小球的v-t图像如图所示, 延长图线可知第1次曝光时小球的速度大小v1=0.40 m/s。 答案:见解析图　0.40 $