第1章 第3节 第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度-【优学精讲】2026-2027学年高中物理必修第一册教用Word（人教版）

本讲义聚焦“测量纸带的平均速度和瞬时速度”核心知识点，通过对比电磁打点计时器与电火花计时器的结构、电源及打点方式，系统梳理实验器材、操作步骤及数据处理方法，构建从仪器原理到实验操作再到速度计算的完整学习支架。 资料以科学探究为主线，通过详细的实验注意事项（如先通电再拉纸带、单次测量减小误差）培养严谨科学态度，结合打点计时器构造分析、光电门测速等题型渗透科学思维（模型建构、误差分析），课中辅助教师实验教学，课后通过练习题帮助学生巩固物理观念，查漏补缺。

第2课时　实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 一、两种打点计时器 比较项目 电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电源 220 V的交流电源 约8 V的交流电源 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 电源频率 为50 Hz时 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 位移、时间 二、练习使用打点计时器 1．实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片(电火花计时器选用墨粉纸盘)、低压交流电源(频率是50 Hz，电火花计时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。 2．实验步骤 (1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且把纸带压在复写纸片下面。 (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到8 V的低压交流电源上。 (3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后立即断开电源。 (4)取下纸带，从能看得清的某个点开始(起始点)，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s。 (5)用刻度尺测量出从起始点到第n个点间的距离Δx。 (6)利用公式v＝计算出纸带在这段时间内的平均速度。 (7)用刻度尺测量某计数点前后两个计数点间的距离，计算出平均速度，用来替代该点的瞬时速度。 3．数据处理 (1)求解平均速度 根据v＝，求出任意两点间的平均速度。两点间的位移Δx可以用刻度尺测量出，Δt为两点间的间隔数与单个时间间隔0.02 s的乘积。如图所示，将打好点的纸带从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，比如共数出n个点，用刻度尺测出第1个点到第n个点的距离Δx，并算出这n个点的时间间隔，则平均速度 ＝(其中T＝0.02 s)。 (2)粗略计算瞬时速度 当一段位移Δx对应的时间Δt很小时，我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt内任一时刻的瞬时速度。如图所示，可以大致表示C点的瞬时速度，即vC＝，A、B两点离C点越近，算出的平均速度越接近C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时，测量误差会增大，所以应根据实际情况选取这两个点。 4．实验注意事项 (1)实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。 (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。 (3)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 (4)使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点 计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。 (5)使用电磁打点计时器时，若打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。 (6)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。 (7)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(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。 题型一　打点计时器的原理和使用 　(2026·江西九江市期中)(1)仪器构造：甲图为电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的名称和代号，其中代号部分它们的名称分别是： ①__________；②__________； ③__________；④__________。 (2)目前实验室用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种，它们所接电源均为频率为50 Hz的交变电流，所以都是每隔0.02 s打一个点。电磁打点计时器所接电源要求为________V________(选填“直流”或“交流”)电压，电火花计时器所接电源要求为________V________(选填“直流”或“交流”)电压。 (3)使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中： ①在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________。 A．把电火花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220 V交流电源 E．按下脉冲输出开关，进行打点 ②在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上，还要检查被打点的纸带是否放在墨粉纸盘的________(选填“上”或“下”)面。 (4)①关于误差，下列说法正确的是________。 A．仔细测量可以避免误差 B．误差是实验中产生的错误 C．采用精密仪器，改进实验方法，可以减小偶然误差 D．实验中产生误差是不可避免的，但可以设法多次测量取平均值减小系统误差 E．系统误差的特点是多次重复同一物理量的测量的结果总是大于或总是小于真实值，呈现单一倾向 ②用毫米刻度尺测量物体的长度，下列哪些读数符合有效数字要求________。 A．1.502 m B．1.621 4 m C．12.40 cm D．4.30 mm (5)在练习使用打点计时器的实验中，得到了一条图乙所示的纸带，其中0，1，2，3，…是选用的计数点，每相邻两个计数点之间还有3个打出的点没有在图纸上标出。图中画出了将毫米刻度尺靠在纸带上测量的情况，读出图中0、4两个所测量点的读数分别是________cm和________cm；打“2”计数点时纸带的速度约为________m/s。(速度计算结果保留2位有效数字) [解析]　(1)打点计时器各部分名称如图1所示。 (2)电磁打点计时器使用8 V交流电，电火花计时器使用220 V交流电。 (3)①实验前需先安装仪器，打点计时器要先接通电源，等打点稳定后再释放纸带，故操作步骤为ABDEC。 ②如图2所示，墨粉纸盘应套在纸盘轴上，纸带应压在墨粉纸盘下。 (4)①误差是指测量值与真实值之间的差异。在任何测量过程中，由于测量工具的精密程度、测量方法以及测量者等因素的影响，测量值都不可能绝对准确地等于真实值，这种差异是不可避免的，故A错误；错误是指在测量过程中，由于测量者不遵守测量仪器的使用规则或者读取、记录测量结果时粗心等原因造成的测量结果与真实值之间的偏差，这种偏差是不应该出现的，可以通过规范操作和认真仔细来避免，误差不是错误，故B错误；系统误差是由实验仪器、实验方案带来的误差，其出现具有确定性规律，采用精密仪器，改进实验方法，可以减小系统误差，故C错误；偶然误差是由环境波动、读数偏差带来的误差，其出现具有随机性，多次测量取平均值可减小偶然误差，故D错误；系统误差具有确定性规律，多次实验会重复出现，故E正确。 ②根据估读规则，读数时需要读到最小精度的下一位，所以毫米刻度尺需要读到0.1 mm，故选BC。 (5)根据估读规则可知，0测量点的读数为10.00 cm；4测量点的读数为29.95 cm；每相邻两个计数点之间还有3个打出的点没有在图纸上标出，故相邻两个计数点的时间间隔Δt＝0.08 s，1、3两个测量点的读数分别为12.60 cm、22.60 cm，根据打点计时器求瞬时速度的规则得v2＝＝0.625 m/s≈0.63 m/s。 [答案]　(1)①限位孔　②振片　③接线柱 ④线圈　(2)8　交流　220　交流　(3)①ABDEC ②纸盘轴　下　(4)①E　②BC　(5)10.00　29.95　0.63 题型二　其他测速度的方法 　(2026·重庆沙坪坝区月考)(1)在某次光电门测速的实验中，一小铁球在两个光电门的竖直上方静止释放，先后通过同一竖直线上的两光电门。配套的计时器记录了小铁球通过第一个光电门所用时间Δt1＝0.20 s，通过第二个光电门所用时间Δt2＝0.05 s。已知小铁球的直径为2.0 cm，小铁球通过第二个光电门时的速度大小为____________m/s(结果保留2位有效数字)。 (2)利用(1)中的测速方法本质上测的是小铁球通过光电门的__________(选填“平均速度”或“瞬时速度”)，为提高实验准确度，应尽可能选用直径更__________(选填“小”或“大”)的小铁球。 [解析]　(1)小铁球通过第二个光电门时的速度大小v＝＝ m/s＝0.40 m/s。 (2)利用(1)中的测速方法本质上测的是小铁球通过光电门的平均速度，为提高实验准确度，应尽可能选用直径更小的小铁球。 [答案]　(1)0.40　(2)平均速度　小 　(2026·四川达州市期中)某学习小组用图甲所示的装置探究滑块的瞬时速度。 (1)学习小组的同学用刻度尺测量遮光条的宽度时，刻度尺的示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________mm。 (2)接通气源，由静止释放滑块，数字计时器上显示出遮光条经过光电门的遮光时间为0.040 s，则遮光条通过光电门时滑块的速度大小为__________m/s(结果保留2位有效数字)。 (3)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是________。 A．理想实验法　　　 B．极限思维法 C．控制变量法 [解析]　(1)根据题图乙可知，刻度尺的分度值为1 mm，读数时需要估读到分度值的下一位，所以遮光条的宽度d＝12.0 mm。 (2)遮光条通过光电门时滑块的速度近似等于遮光条在遮光时间内的平均速度，此时滑块的速度大小v＝＝0.30 m/s。 (3)在极短时间内的平均速度近似等于该时刻的瞬时速度，实验采用的方法为极限思维法。 [答案]　(1)12.0　(2)0.30　(3)B 1．下列关于瞬时速度和平均速度的说法正确的是(　　) A．若物体在某段时间内每时刻的瞬时速度都等于零，则它在这段时间内任一段时间内的平均速度一定等于零 B．若物体在某段时间内的平均速度等于零，则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一定等于零 C．为使更接近遮光条刚到达光电门时的瞬时速度，可换用宽度更宽的遮光条 D．为使更接近遮光条刚到达光电门时的瞬时速度，可令滑块的释放点更靠近光电门 解析：选A。若物体在某段时间内每时刻的瞬时速度均为零，说明物体始终静止，总位移为零，平均速度为总位移除以时间，因此平均速度一定为零，故A正确；平均速度为零仅表示总位移为零，但物体可能在该段时间内运动并返回原点，在某一时刻的瞬时速度不为零，故B错误；平均速度接近瞬时速度的条件是Δt尽可能小，换用更宽的遮光条会增大Δt，导致平均速度偏离瞬时速度，故C错误；释放点更靠近光电门时，滑块到达光电门的速度较小，遮光时间Δt＝会增大，增大Δt会扩大速度变化的影响，反而不利于接近瞬时速度，故D错误。 2．关于电磁打点计时器，下列说法正确的是(　　) A．是一种使用直流电源的计时仪器 B．工作电压约为220 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点 C．当电源频率是50 Hz时，每隔0.2 s打一次点 D．如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小 解析：选D。电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，故A错误；电磁打点计时器工作电压约为8 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点，故B错误；当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点，故C错误；如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小，故D正确。 3．在“用电磁打点计时器测速度”实验中，已知交流电源的频率为50 Hz。 (1)下列说法正确的是________。 A．拖动纸带的同时，闭合电源开关 B．先闭合电源开关，让打点计时器正常工作后拖动纸带 C．纸带上的打点密集，说明纸带运动速度较大 D．此次实验所用电源为220 V交流电源 (2)某同学利用小车拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打出一系列点，处理时每隔1个点取一个计数点，标上字母A、B、C、D、E、F(中间的点未画出)。 如图所示，某同学用毫米刻度尺进行测量，将数据填到了下表中： 计数点 B C D E F 位置(cm) 1.32 2.75 4.44 6.22 8.12 由表中数据可计算出打下AF段纸带时小车的平均速度为__________m/s(结果保留3位有效数字)。 (3)打点计时器打下C点时小车的速度vC＝__________m/s(结果保留3位有效数字)。 解析：(1)为了提高纸带的利用率，同时为了使打点更稳定，减小误差，要先接通电源，待计时器开始打点再拖动纸带，故A错误，B正确；纸带上打的点密集，说明纸带在相等的时间内位移较小，纸带运动速度较小，故C错误；电磁打点计时器使用8 V的交流电源，故D错误。 (2)纸带上每隔1个点取一个计数点，结合题意可知相邻计数点之间的时间间隔T＝0.04 s，打下AF段纸带时小车的平均速度＝＝0.406 m/s。 (3)打点计时器打下C点时小车的速度近似等于B、D两点间的平均速度，即vC＝＝0.390 m/s。 答案：(1)B　(2)0.406　(3)0.390 4．如图所示，某同学用DIS(数字化实验系统)和斜面，设计了一个测物体瞬时速度的实验，实验中使用的挡光片形状均为，其凸起端的部分用于挡光。第一次实验时，该同学在小车上固定挡光片时，使挡光片的凸起端对齐车头。依次更换四个挡光片，将小车从斜面轨道上同一位置P由静止释放，获得了4组实验数据如下表所示。第二次实验时，他将挡光片左右倒置，使挡光片的凸起端对齐车尾，仍将小车从斜面轨道上同一位置P由静止释放，又得到了4组实验数据(本题未给出)。 不同的挡光片 通过光电门的时间(s) 速度(m/s) A 0.154 25 0.520 B 0.112 09 0.515 C 0.072 55 0.512 D 0.035 10 0.506 (1)分析表格中的数据，可知：四个挡光片中，最宽的挡光片的宽度Δs＝______m(结果保留到小数点后第3位)；表中与小车车头到达光电门时的瞬时速度最接近的是________m/s。 (2)第二次实验时，他将挡光片左右倒置，使挡光片的凸起端对齐车尾，仍将小车从轨道上同一位置P由静止释放，得到的4组实验数据分别与第一次实验数据比较，每组数据中测量的通过光电门的时间都应该________(选填“大于”“小于”或“等于”)第一次实验的数据。 (3)在进行误差分析时，结合表格中的数据，该同学想到：第一问第二空的结果应该________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。 解析：(1)根据＝可知各挡光片的宽度ΔxA≈0.080 m，ΔxB≈0.058 m，ΔxC≈0.037 m，ΔxD≈0.018 m，则最宽的挡光片的宽度为0.080 m；挡光片的宽度越小，平均速度越接近瞬时速度，故根据上述计算，ΔxD最窄，则与小车车头到达光电门时的瞬时速度最接近的是0.506 m/s。 (2)若挡光片倒置，则碰到光电门时小车的位移变大，加速时间变长，则速度变大，通过光电门的时间变短，故每组数据中测量的通过光电门的时间都应该小于第一次实验的数据。 (3)小车的运动为加速运动，第一问第二空的结果等于挡光片通过光电门的平均速度，大于小车车头刚到达光电门时的速度，故第一问第二空的结果应该大于真实值。 答案：(1)0.080　0.506　(2)小于　(3)大于 学科网（北京）股份有限公司 $