第一章 第四节 测量直线运动物体的瞬时速度（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（粤教版）

该高中物理课件围绕测量直线运动物体的瞬时速度，系统讲解电磁打点计时器、电火花计时器及数字计时器的结构原理和使用方法，通过实验操作导入，衔接直线运动概念，以“讨论与交流”“思考”为支架帮助理解平均速度近似瞬时速度的条件及计数点时间计算。 其亮点在于以科学探究为核心，融合科学思维（误差分析、推理计算）和物理观念（运动与时间测量），通过“易错指标”辨析电源类型等常见错误、真题演练纸带数据处理与v-t图像绘制，采用实验与理论结合的教学方法。助力学生提升实验操作与数据处理能力，为教师提供系统教学资源与练习设计。

第 一 章 第四节 测量直线运动物体的瞬时速度 1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理，并会安装和正确使用。 2.会根据纸带上的点迹计算物体运动的瞬时速度。 3.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(重点)。 4.知道数字计时器的工作原理(重难点)。 学习目标 内容索引 巩固练习 一、打点计时器 二、打点计时器测速度 三、数字计时器 < 一 > 打点计时器 1.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　　　　 和　　　　 的仪器。 2.种类：实验室常用的打点计时器有　　　 计时器和　　　打点计时器两种。 3.工作电源：电火花计时器的工作电源是_____V的 　　 (填“交流”或“直流”)电源。电磁打点计时器的工作电源是　　 V的_____ (填“交流”或“直流”)电源。 4.周期：当电源频率为50 Hz时，每隔　　 打一次点。 运动位移 时间信息 电火花 电磁 220 交流 4~6 交流 0.02 s 假设交流电的频率为80 Hz，那么它将隔多久打下一个点？ 讨论与交流 答案　t=0.012 5 s (1)电火花计时器的工作电压为220 V的直流电。(　　) (2)打点计时器使用时均要先接通电源，后拉动纸带。(　　) (3)若电源频率为50 Hz，每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点间时间间隔为0.08 s。(　　) (4)若电源频率增大，则打点时间间隔也增大。(　　) × √ × × 易错辨析 　 (2025·江门市高一校考)打点计时器是一种测量 　　　(填“时间”“位移”或“速度”)的工具。实验室常用的电磁打点计时器使用　　　(填“交流”或“直流”)电源，当电源的频率是50 Hz时，它每隔　 　秒打一次点。如图甲、乙所示是高中物理实验中常用的两种实验仪器，甲图是____ (填“电磁”或“电火花”)打点计时器，甲图的电源电压为　 　 V，乙图是　　　　(填“电磁”或“电火花”)打点计时器，乙图的电源电压为 　　 V。  例1 时间 交流 0.02 电磁 4~6 电火花 220 打点计时器是一种测量时间的工具； 实验室用的打点计时器使用交流电源； 当交流电的频率为50 Hz时，打点时间间隔为T=0.02 s； 题图甲为电磁打点计时器，使用低压交流电，电压为4~6 V； 题图乙为电火花计时器，使用220 V的交流电作为电源。 返回 < 二 > 打点计时器测速度 1.粗略表示某点瞬时速度的方法 如图所示是打出的某条纸带，测量出包括点E在内的D、F两点间的位移 Δx和时间Δt，算出纸带在这两点间的平均速度=，用这个平均速度近似表示纸带经过点E时的 　　　　　(如纸带1所示)。 瞬时速度 思考：如图在纸带1和纸带2的测量中，哪种情况的测量中更接近E点的瞬时速度？为测量E点的瞬时速度Δx越小越好吗？ 答案　纸带2的测量更接近E点的瞬时速度。D、F两点离点E越近，算出的平均速度越接近点E的瞬时速度，然而D、F两点距离过小，则测量相对误差增大，因而，应该根据实际情况选取这两个点。 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 　　　(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　　　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。 交流 n-1 (2)测量沿斜面运动小车的瞬时速度 ①如图甲所示，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，如图乙所示。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。 甲 乙 3.注意事项 (1)打点时，应先　　　　　，待打点计时器打点稳定后，再　　　　　。 (2)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。 (3)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(或间隔4个点)取一个计数点，若电源频率为50 Hz，此时两计数点间的时间间隔T=　　 s。 (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。 接通电源 释放小车 0.1 　(2025·揭阳市高一校考)(1)在使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下基本步骤： A.把打点计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通交流电源 E.取下纸带 F.断开开关 这些步骤正确的排列顺序为　 　　　。  例2 ABDCFE 在使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，先把打点计时器固定在桌子上，安好纸带；实验时，先接通交流电源，再松开纸带让物体带着纸带运动；然后断开开关，取下纸带。故正确的排列顺序为ABDCFE。 (2)如图所示，是某人练习使用打点计时器得到的纸带，若所用电源频率为50 Hz。图中刻度尺的分度值为　　cm。从打下O点到打下H点，共9个点，历时　　　s，位移　　　cm，这段时间内纸带运动的平均速度是　　　m/s。打下G点的速度是　　　m/s。(最后两空结果均保留2位有效数字)  0.1 0.16 11.20 0.70 1.3 由题图可知刻度尺的分度值为0.1 cm。 从打下O点到打下H点，共9个点，历时t=8×0.02 s=0.16 s 位移大小为s=11.20 cm 这段时间内纸带运动的平均速度为== m/s=0.70 m/s 打下G点时的速度为vG== m/s≈1.3 m/s 　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。 例3 (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   0.60   0.71 0.40 0.70 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≈0.70 m/s。 (2)以打下0点时刻为计时起点，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。 答案　见解析图 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)如果当时交流电源的频率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=)。  偏小 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。 返回 < 三 > 数字计时器 1.数字计时器的作用：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　　　 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　　　　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　　　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　　　以及测量物体运动的　　　速度和　　　速度。 光电门 光电门 短暂 瞬时 平均 时间 请简要分析数字计时器测物体瞬时速度和平均速度的原理。 讨论与交流 答案　(1)瞬时速度的测量： 物体通过光电门时遮光时间比较短，可以用平均速度近似代表通过光电门时的瞬时速度。 瞬时速度：v=，其中d为物体的宽度，Δt为遮光时间。 (2)物体通过两光电门间的平均速度。 平均速度：=， 其中l为两光电门间距离，t为物体在两光电门间运动时间。 　(2025·广州市第六中学高一月考)像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示。a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现有一放在气垫导轨上的滑块通过光电门，用分度值为1 mm的刻度尺测量滑块上挡光片的宽度d，示数如图丙所示。 例4 (1)读出挡光片的宽度为d=　　　 cm；  1.20 由题图可知挡光片的宽度d=1.70 cm-0.50 cm=1.20 cm (2)滑块在牵引力作用下通过光电门，配套的数字毫秒计记录了它通过光 电门的时间为t，挡光片的宽度为d，则滑块通过光电门的速度v=　　。但实质上v是滑块通过光电门的　　　　　(填“平均速度”或“瞬时速度”)，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，可将挡光片的宽度______ (填“增大”或“减小”)一些。  平均速度 减小 滑块通过光电门的速度为v= 这个公式计算的是平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，即平均速度更接近瞬时速度，挡光片的宽度要减小一些。 返回 < 四 > 巩固练习 1.打点计时器是记录做直线运动的物体位置和时间的仪器，利用打点计时器打出的纸带，可以获得运动物体的相关信息。下列信息不能获得的是 A.物体运动的时间 B.物体在不同时刻的位置 C.物体的质量 D.物体速度变化的情况 √ 打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，同时也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移，点迹的分布情况反映了物体的运动状态的变化情况，从而反映了物体的速度变化情况，而不能反映物体的质量，故不能获得的信息是物体的质量，故C正确，A、B、D错误。 2.(2025·深圳市高一校考)某同学用电磁打点计时器打了一条如图所示的纸带，按照打点的先后顺序，纸带上的计数点依次用O、A、B、C、D、E表示，每两个相邻计数点之间还有4个计时点没画出来(已知电源频率为50 Hz)。 A、B两点间的时间是　　 s，A、C两点间的平均速度是　　　　 m/s(最后一空保留3位有效数字)。  0.1 0.650 每两个相邻的计数点之间还有4个计时点没画出，则A、B两点间的时间为T=5×0.02 s=0.1 s A、C两点间的平均速度为v== m/s=0.650 m/s 3.(2025·中山市高一段考)某学生在实验室中用打点计时器来测量小车的瞬时速度，该同学用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，电源频率为50 Hz。 (1)根据纸带计算出打下B点时小车的瞬时速度，要求保留3位有效数字。 计数点 B C D E F 速度/(m·s-1) 　 　  0.477 0.558 0.638 0.719 0.398 每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，可知相邻计数点间的时间为T=5×0.02 s=0.1 s 打下B点时小车的瞬时速度为vB== m/s=0.398 m/s (2)以打下A点的时刻为计时起点，将B、C、D、E、F各点对应的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 答案　见解析图　 根据表格数据进行描点连线，小车的瞬时速度随时间变化的关系图线如图所示 (3)由所画速度—时间图像求出打A点时的瞬时速度为　　 m/s(结果保留2位有效数字)。  0.32 v-t图像中t=0时刻的速度即为打下A点时的瞬时速度，为0.32 m/s。 4.(2025·广州市高一校考)如图所示，用数字计时器研究物体的直线运动。1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10-2 s、2.00×10-2 s。滑块从光电门1运动到光电门2的时间为Δt=0.31 s，已知滑块沿斜面方向的宽度为5.00 cm，测得光电门1和2之间的距离为0.54 m(结果均保留三位有效数字)。 (1)滑块通过光电门1时的速度v1=　　　 m/s，通过光电门2时的速度v2=　　　 m/s。  1.00 2.50 滑块通过光电门1时的速度 v1==1.00 m/s。 滑块通过光电门2时的速度v2==2.50 m/s。 (2)滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为　　　 m/s。  1.74 滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度==≈1.74 m/s。 返回 第 一 章 本课结束 $