实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度-（配套教参）【创新教程·五维课堂】2026-2027学年高中物理必修第一册同步讲义（人教版）

第一章运动的描述 五维课堂卫 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 学习目标 核心素养 1.知道打点计时器的构造、原理及使用 1.物理观念：感受打点计时器的巧妙设计思路 方法 2.科学思维：领悟间接测物理量的方法 2.掌握用打点计时器测瞬时速度的方法 3.科学探究：探究用打点计时器测量瞬时速度 3.理解速度一时间图像的物理意义 4.科学态度与责任：体验物理原理在解决实际问题中的指导作用 自主预习。探新知 对应学生讲义P23 1.利用纸带分析物体运动情况 B两点距离过小时，测量误差会增大，所以应根据 (1)选取一条点迹清晰的纸带为研究对象。 实际情况选取这两个点。 (2)分析纸带上点与点间距离的变化情况。 -△x (3)若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速 运动，若点与点间距离越来越大，则物体做加速运 -△t=0.08s 动，反之做减速运动。 3.注意事项 2.根据纸带求解物体的运动速度 (1)如果在纸带上数出了n个点，那么它们的间隔数 (1)求解平均速度 是(n-1)个，它们的时间间隔为(n-1)×0.02s。 根据一，求出任意两点间的平均速度。两点 (2)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计 时器打点稳定后，再拉动纸带。 间的位移△.x可以用刻度尺测量出，△t为两点间 (3)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 的间隔数与单个时间间隔0.02s的乘积。如图所 (4)使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨 示，将打好点的纸带从能够看清的某个点开始，往 粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应 后数出若干个点，比如共数出n个点，用刻度尺测出 让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。 第一个点到第n个点的距离△x,并算出这n个点的 (5)为了减小实验误差，计数点要每隔T=0.1s选一 时间间隔，则平均速度-产57(T-Q02。 个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的 瞬时速度时，△x、△t应取此计数点前、后两个点之 间的位移和时间，即0，=十x1 2T9 (2)粗略计算瞬时速度 (6)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应 当一段位移△x对应的时间△t很小时，我们可用 立即关闭电源。 这段时间内的平均速度来表示△t中某一时刻的 (7)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正 瞬时速度。如图所示，可以大致表示C点的瞬 确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个 测量点到起始点O之间的距离)。读数时应估读 时速度，即=，A,B两点离C点越近，算出 到毫米的下一位。 的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、 (8)实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时 要进行调节或更换器材。 合作探究。攻重难 对应学生讲义P24 究1 实验原理与操作 (2)使用打点计时器来分析物体的运动情况的实验 中，有以下基本步骤： [例1](1)电磁打点计时器是一种记录 A.松开纸带让物体带着纸带运动 仪器，使用 电源（填“直流”或“交 B.穿好纸带 流”)，工作电压为 V,当电源频率为50Hz C.把打点计时器固定好 时，每隔 D.接通电源进行打点 s打一个点； 以上步骤中正确的顺序是 ·29· 世五维课堂 物理·必修第一册 [解析](1)电磁打点计时器是一种记录物体运动 (2)根据上面的记录，计算打点计时器在打1、2、3、 信息的仪器，使用交流电源，工作电压为6V,当电 4、5点时小车的速度值并填在表中。 源频率为50Hz时，每隔0.02s打1个点； 位置 2 (2)使用打点计时器来分析物体的运动情况的实验 中，有以下基本步骤： o/(m·s1) ①木板平放，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固 (3)根据(2)中表格，在图2中画出小车的速度一时 定，连接好电路 间图像，并说明小车速度变化的特点。 ②穿纸带；挂钩码。 v/(ms） 20 ③先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运 动，打完一条后立即关闭电源。 ④换纸带，加钩码，再做二次。 故正确顺序：CBDA [答案](1)物体运动信息；交流；6；(2)CBDA ◆[跟踪训练] 00.040.080.120.160.20ts 1.在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实 图2 验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是 [解析](1)使用打点计时器应先启动电源，后释 ,有遗漏内容的步骤是 放纸带，若先释放纸带，则纸带的有效利用长度将 A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开 减小。 纸带后再接通电源 (2)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的 B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并 平均速度表示，打相邻两计数点的时间间隔△= 接好电路 C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬 2X0.02s=0.048,则打1点时：1=，大≈ 2△t 挂适当的钩码 1.20m/s D.取下纸带 打2点时：v2= x2十x3≈1.00m/s 2△t E.放手，使小车在平板上运动 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限 打3点时：w= x3十x4=0.80m/s 2△t 位孔 将以上步骤完善以后合理的序号排列为 打4点时：V4 x十x5≈0.60m/s 2△t 解析：应先接通电源，后松开纸带，所以A项错误； x5+xs≈0.40m/s 打5点时：U=2△2 在取下纸带前应先断开电源，所以D项有遗漏；按 将数值填入表格中： 实验操作顺序，合理的序号排列为BFCAED。 位置 1 2 3 4 5 答案：A D BFCAED v/(m·s1) 1.201.00 0.800.60 0.40 究2】 数据处理 (3)描点并连线得小车的速度一时间图像，如图所 [例2]图1用打点计时器测小车瞬时速度时得到的 示，由图像可知，小车速度逐渐减小。 一条纸带的一部分，从0点开始按照打点的先后依 个v/(m8) 次标为0,1,2,3,4,5,6…现在量得0、1间的距离 2.0 x1=5.18cm,1、2间的距离x2=4.40cm,2、3间 的距离x3=3.62cm,3、4间的距离x4=2.78cm, 4、5间的距离x5=2.00cm,5、6间的距离x6= 1.22cm。(每0.02s打一次点) 00.040.080.120.160.20s 图1 图2 (1)在实验中，使用打点计时器时应先 [答案](1)启动电源释放纸带(2)1.20 再 (填“释放纸带”或“启动电源”)。 1.000.800.600.40(3)见解析 ·30· 第一章运动的描述 五维课堂上 汇规律方法] 究3 利用光电门测速度 (1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度会带来 [例3]用气垫导轨和数字计时器更能精确地测量 系统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的 较小位移△x来求平均速度。 物体的瞬时速度。如图所示，滑块在牵引力作用下 (2)分段测量计数点间的位移x会带来误差。减小 先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮 此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计 光板通过第一个光电门的时间为△t1=0.29s,通 数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计 数点间的距离。 过第二个光电门的时间△t2=0.11s。已知遮光板 ◆[跟踪训练] 的宽度为3.0cm,分别求滑块通过第一个光电门 2.一打点计时器所用电源频率是50Hz,如图所示， 和第二个光电门的速度大小。 纸带上的A点先通过计时器，A、B间历时 S, 光源 位移为 m,这段时间内纸带运动的平均速 遮光板 度是 m/s,AD段内的平均速度为 光敏管 m/s。 1.201.602.201.401.20 遮光板和光源、光敏管 气垫导轨示意图 B cm [解析]由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时 解析：由电源的频率是50Hz,知打点计时器打，点 间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡 的时间间隔是0.02s,则A、B间用时tB=2T= 光时间内的平均速度表示。 0.04s,位移x8=(1.20+1.60)×102m=0.028m. AB段内的平均速度B=型-Q.028 经过第一个光电门的速度大小 m/s=0.70m/s, tB0.04 1= 4=3.0×102 0.29m/s≈0.10m/s, AD段内的平均速度D IAD △t1 t AD 经过第二个光电门的速度大小 (1.20+1.60+2.20+1.40+1.20)×102 m/s= 5×0.02 _3.0×102 v2一t 0.11 m/s≈0.27m/s。 0.76m/s。 答案：0.040.0280.700.76 [答案]0.10m/s0.27m/s ● 课堂自测⊙夯基础 对应学生讲义P25 1.(1)根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带 (2)BD段的平均速度为 上直接得到的物理量是 A.时间间隔 B.位移 xg=4.90+2.38)X102m/s≈0.21m/s VD一2T 2×0.1 C.平均速度 D.瞬时速度 答案：(1)AB(2)0.21 (2)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选 2.如图是实验中得到的一条纸带，从0点开始每5个 出了一条清晰的纸带，如图所示A、B、C、D、E、F、G 点取一个计数点（打点计时器的电源频率是50Hz), 是在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为 0.1s。则BD段的平均速度vD= 依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得x1= m/se (结果保留2位有效数字) 1.22cm,x2=2.00cm,x3=2.78cm,x4= 4090+238288+3.39+3.87 cm 3.62cm,x,=4.40cm,x6=5.18cm。 ABcD龙户 解析：(1)电磁打点计时器在纸带上每隔0.02s打 下一个点，点的间隔就反映了物体的位置变化情 (1)相邻两计数点间的时间间隔为T 况，所以可以从纸带上直接得到位移；通过数点的 (2)计数点2、4之间的平均速度24= m/s。 多少可以得到运动的时间间隔。平均速度和瞬时 (3)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v 速度都不能直接得到。故选A、B。 m/s。 ·31· 世五维课堂 物理·必修第一册 解析：(1)两相邻计数，点之间的时间间隔为 5.一辆小车沿一条直线运动，车上放着盛水的滴漏， T=5×0.02s=0.1s。 滴漏距离地面很近，每隔2.0s滴一滴水，水在车行 (2)根据平均速度的计算公式得 驶的路面上留下水滴的痕迹如图所示，图中还放着 西4=3+3=2.78+3.62)X10 一把刻度尺，其零刻度线与O点对齐，若从滴下水 m/s=0.32m/s。 t24 2×0.1 滴O开始计时，则当滴下水滴G时，小车运动的时 (3)由于计数点2、4之间的时间间隔比较小，所以 间为 s,AH段的平均速度为m/s 打点计时器打计数点3时，小车的速度大小近 (计算结果保留3位有效数字) 似等于计数点2、4之间平均速度，即3=24= O A B C D E F G H 0.32m/s。 0g0620方05a 5 答案：(1)0.1(2)0.32(3)0.32 解析：从滴下水滴O到滴下水滴G共有7个时间 3.用电火花打点计时器（或电磁打点计时器）打出了 间隔，又每个时间间隔为2.0s,则总时间为14.0s, 一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02s, AH段的位移为x=30.0m,小车经过AH段的时 按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了 间为tH=14.0s,根据平均速度的公式得AH段 O、A、B、C、D几个计数点，如图所示，则相邻两个 的平均速度为v=2.14m/s。 计数点之间的时间间隔为$。用刻度尺量得 答案：14.02.14 OA=1.50 cm,AB=1.90 cm,BC=2.30 cm,CD 6.在测定速度的实验中，使用打点计时器（用频率为 =2.70cm。由此可知，纸带运动速度 (选 50Hz的交流电)测小车的速度，实验得到的一条 填“增加”“减小”或“不变”)，打C点时纸带的速度 纸带如图所示，0,1,2,3,4是选用的计数点，每相 大小为 m/s. N 邻两计数点间还有3个打出的点没有在图上标出。 D 图中还画出了实验时将毫米刻度尺靠在纸带上进 解析：相邻计数点间时间间隔为T=0.02×5s= 行测量的情况，读出图中所给的测量点的读数分别 0.1s; 是 多 。1,3 由给出的数据知，相同时间内纸带运动的距离变 两点间的平均速度是 m/s,1,4两点间的 大，则纸带做加速运动； 平均速度是 m/s,2点的速度更接近于 打C点时的速度 m/s。 =xD=(2.30+2.70)×10 一2T -m/s=0.25m/s 0.2 20 答案：0.1增加0.25 TT TTTTTTT m. 单位：cm 4.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器。 10 12 32 30 当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次 解析：由毫米刻度尺可读出0,1,3,4点的读数分别 点。如图所示为某次实验打出的一条纸带，其中 是10.00cm,12.60cm,22.60cm,30.00cm。 1、2、3、4为依次选定的计数点，相邻两个计数点的 由题意知各计数点间的时间间隔△t=4×0.02s 时间间隔为 s,根据图中标出的数据，计 0.08s,由读数可得1,3两，点和1,4两点间的位移 算打点计时器打计数点2的速度，的大小为 大小分别是 m/s。 △x1=22.60cm-12.60cm=10.00cm, 。。。。 ... 3 △x2=30.00cm-12.60cm-17.40cm, 15.30 9.303.30单位：cm 则1,3和1,4两，点间的平均速度分别是 解析：打点计时器的打点周期为0.02S,相邻计数 _△1=10.00×102m=0.625m/s, 01 △t1 0.16s 点之间有5个时间间隔，因此计数点之间的时间间 隔T=0.1s。计数，点2的瞬时速度可以用计数点 △x2_-17.40×10m=0.725m/s. 2= △t2 0.24s 1,3间的平均建度求出，因此有=费 1,3两点更接近于2点，故2点的瞬时速度更接近 (15.30+9.302×10m/s=1.23m/s。 于1,3两点间的平均速度0.625m/s。 2×0.1 答案：10.00cm12.60cm 22.60cm 答案：0.11.23 30.00cm0.6250.7250.625 ·32·