2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 课件-2026-2027学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件围绕做直线运动物体的瞬时速度测量，系统介绍打点计时器（电磁、电火花）和频闪照相的原理及使用，通过“想一想”引导学生思考减小测量误差的方法，搭建从直接测量问题到工具应用的学习支架。 其亮点在于以完整实验探究为主线，结合科学思维（模型建构：计数点选取；科学推理：平均速度近似瞬时速度）和科学探究（实验步骤、误差分析、图像拟合），如用v-t图像斜率求加速度培养数据分析能力。助力学生提升实验技能与科学态度，为教师提供结构化探究式教学资源。

第4节 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 1 实验室中小车的运动是物理学中最简单的物体运动。我们如何测量小车各时刻的瞬时速度呢?可直接用直尺和秒表测量位移和时间，但误差较大，用什么方法可减小测量误差呢？ 想一想 2 一：运动时间和位移的记录 1.两种常见打点计时器 打点方式： 工作电压： 打点频率： 阻力来源： (1)电磁打点计时器 振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹 4 V~6 V交流电 与交流电的频率相同，若为50 Hz，则每隔0.02 s打一个点 振针和纸带之间的摩擦，以及限位孔和纸带间的摩擦，阻力较大 3 打点方式： 工作电压： 打点频率： 阻力来源： (2)电火花打点计时器 利用火花放电，在纸带上“打”出点迹 220 V交流电 与交流电的频率相同，若为50 Hz，则每隔0.02 s打一个点 来自纸带本身的运动，阻力较小，实验误差较小 O A B C D E　　 F　　 G 打点计时器打出的纸带 时间间隔0.02 s 时间间隔0.02 s 任意相邻两点对应间隔的时间均为0.02 s 时间： 位移： 相邻两点之间的距离可用刻度尺测量 练习使用打点计时器 1.固定打点计时器； 2.安装纸带； 3.先启动电源, 后用手水平地拉动纸带，随后立即关闭电源； 4.取下纸带； 试拉纸带无明显阻滞现象 0 5 10 15 5.取下纸带，利用刻度尺从参考点测量位移数值，设计表格记录数据。 区间 0~5 0~10 0~15 0~n x/m t/s 2.频闪照相 在频闪照相中，频闪灯每隔相等的时间闪光一次，可得运动物体间隔相等的频闪照片。 频闪灯的灯光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而间隔相等时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点 频闪照相技术应用于体育、艺术领域时，不但能记录运动员或舞者有研究价值的运动细节，而且能让人们欣赏到独特的整体韵律与动感。 二：测量小车的瞬时速度 1.实验目的 2.实验器材 （1）测量小车的瞬时速度。 （2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。 （3）学习使用打点计时器。 测小车瞬时速度的实验装置 电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、低压交流电源（或220 V交流电源）、纸带、长木板（或轨道）、U形夹、小车、毫米刻度尺 3.实验原理与设计 （1）纸带上打出的原始点为计时点。 （2）由于纸带被打出的原始点过于密集，测出的间距误差较大，为便于测量和计算，我们另选间距较大且时间间隔相等的计时点来研究，这样的点叫做计数点。 计时点 0 1 2 3 s1 s2 s3 （3）用刻度尺量出相邻两计数点间的长度，分别记为 s1，s2 ，s3…… 舍去开头密集的点，在纸带上选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点0，依次向后每5个点选取一个计数点，分别记为1，2，3…….相邻两个计数点间隔的时间 T=5×0.02 s=0.10 s。 如何选择计数点？ 如何求纸带上某点的瞬时速度？ 在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。由此，根据纸带上打出的点，可计算打点计时器打下某点时小车的瞬时速度。考虑到实际测量的误差，所选择的点也不宜太近。 打下点1时小车的瞬时速度可近似认为等于点0至点2间的平均速度，即 。同理，可近似求出打下点2，3，…时小车的瞬时速度。 4.实验步骤 （1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。 （2）将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。 （3）打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。 （4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3... （5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点0对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点的间距s，将t和s的相应数据填入表中。 （1）固定打点计时器时，应注意使两限位孔和小车运动轨迹在同一直线上。滑轮不能过高,细绳应与木板平行。 （2）开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。 （3）实验中“接通电源”和“释放小车” 两步应先接通电源,打点稳定后释放小车；打点结束后立即关闭电源，再将纸带取下。 （4）实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它。 注意事项 5.数据分析 计数点 0 1 2 3 4 5 t/s s/m v/(m·s-1) v/(m·s-1) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t/s 1.建立平面直角坐标系：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。 2.描点：用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“·”标明) 3.连线：用直线尽可能的把绝大部分点连接起来，如果有些点难以落在直线上，应使它们大致均匀地分布在直线两侧，个别严重偏离的点舍去。 6.实验结论 v/(m·s-1) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 （1）图像具有什么特点？ 一条倾斜的直线 （2）小车的运动特点？ 速度随时间均匀变化，小车做匀加速直线运动 （3）如何根据图像求小车的加速度？       t/s 通过作函数图像判断物理量之间的规律联系叫做拟合，符合一次函数的叫线性拟合。 7.误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然误差 ①纸带上计数点间隔距离得测量 ②v-t图线作出的并非一条直线 ①多次测量求平均值 ②大多数点在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧 系统误差 ①小车、纸带运动过程中有摩擦 ②电源的不稳定性 ①使用电火花打点计时器 ②使用稳压电源 提高实验数据利用率、减小偶然误差的一种方法 在匀变速直线运动中，相邻相同时间间隔T内的位移差都相等，有 ，a为加速度。 以取六个间隔为例，则 ， ， 。 加速度的平均值 。 运动时间和位移的记录 电磁打点计时器 电火花打点计时器 两种常见打点计时器 频闪照相 测量小车的瞬时速度 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 1.(多选)对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是(　　) A.电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电 B.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 C.电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 D.电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉 AB 2.(多选)关于计数点的下列说法中正确的是( ) A.用计数点进行测量计算，既方便，又可减小误差 B.相邻计数点间的时间间隔是相等的 C.相邻计数点间的距离是相等的 D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来的，相邻计数点间点迹的个数相等 ABD 3.如图所示，气垫导轨的滑块上安装了宽度为d的遮光板，做加速运动的滑块先后通过两个光电门，数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为t1，通过第二个光电门的时间为t2，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt，下列测量结果中最接近真实值的是（ ） A．滑块运动的加速度为 B．滑块运动的加速度为 C．遮光板中点通过第一个光电门的速度为 D．遮光板前沿通过第一个光电门的速度为 B Lavf58.12.100 $