人教版高中物理必修第一冊第1章運動的描述3第2課時實驗：測量紙帶的平均速度和瞬時速度課件

3.位置變化快慢的描述——速度第2課時實驗:測量紙帶的平均速度和瞬時速度實驗探究·新知導(dǎo)學(xué)典例精講·釋疑解惑課堂小結(jié)隨堂練習(xí)課標(biāo)定位1.知道打點計時器的構(gòu)造及工作原理。2.掌握打點計時器的使用方法,知道相鄰兩點間的時間間隔。3.掌握用打點計時器測量平均速度和瞬時速度的方法。4.能用實驗數(shù)據(jù)描繪v-t圖像,并能根據(jù)圖像分析物體的運動。素養(yǎng)闡釋1.通過正確使用打點計時器,培養(yǎng)實驗習(xí)慣和實驗態(tài)度。2.通過將極短時間內(nèi)的瞬時速度近似為這段時間內(nèi)的平均速度,體會和掌握科學(xué)的思維方法。3.通過描繪v-t圖像,培養(yǎng)處理圖像問題的能力和科學(xué)探究能力。

實驗探究·新知導(dǎo)學(xué)一、電磁打點計時器與電火花計時器的比較

二、用打點計時器測量平均速度

1.實驗步驟(1)把打點計時器固定在桌子上并穿好紙帶。(2)把打點計時器的兩個接線柱接到交變電源上(電磁打點計時器接約8V的低壓交變電源,電火花計時器接220

V的交變電源)。(3)先接通電源開關(guān),再用手水平拉動紙帶,紙帶上就打下一行小點,隨后立即關(guān)閉電源。(4)取下紙帶,從能看得清的某個點開始,往后數(shù)出若干個點,如果共有n個點,那么n個點的間隔數(shù)為n-1個,則紙帶的運動時間Δt=(n-1)×0.02s。(5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到最后的點間的距離Δx。2.注意事項(1)打點前,應(yīng)使物體停在靠近(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點計時器的位置。(2)打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后,再拉動紙帶。(3)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。(4)對紙帶進(jìn)行測量時,讀數(shù)應(yīng)估讀到分度值的下一位。三、用打點計時器測量瞬時速度1.實驗原理紙帶上某一位置的瞬時速度,可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移Δx內(nèi)的平均速度表示,即根據(jù)v=,當(dāng)Δt或Δx較小時,用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度。如圖所示,E點的瞬時速度可用D、F兩點間的平均速度代表,即vE=。2.數(shù)據(jù)處理(1)測量:如圖所示,把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O,以后的點分別標(biāo)上A、B、C、D……,依次測出各點到O點的距離,再算出OA、AB、BC……的距離x1、x2、x3……(2)計算:若打點計時器打點的周期為T,則A、B、C、D……(3)列表比較:把數(shù)據(jù)填入下表,根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運動速度的變化情況。位置

v/(m·s-1)

3.注意事項(1)為了減小實驗誤差,A、B、C、D……不一定是連續(xù)計時點,比如可以每隔四個點選一個點(稱為計數(shù)點),此時兩個計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s。(2)計算計數(shù)點的瞬時速度時,Δx、Δt應(yīng)取此計數(shù)點前、后兩個計數(shù)點之間的位移和時間,即v=。四、用v-t圖像描述物體的速度

1.速度—時間圖像(v-t圖像)用橫軸表示時間t,縱軸表示速度v,建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點,然后用平滑的曲線把這些點連接起來,即得到物體運動的v-t圖像。2.v-t圖像的意義v-t圖像非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況,但它不是(填“是”或“不是”)物體運動的軌跡。

典例精講·釋疑解惑一、打點計時器的原理及操作【例題1】

用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移。下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E,按照你對實驗的理解,在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容,然后按實際操作的合理順序,將各步驟的字母代號寫在空白處。A.在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線,導(dǎo)線的另一端分別接在低壓

(填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上。

B.把電磁打點計時器固定在桌子上,讓紙帶穿過

,并壓在

下面。

C.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx。D.切斷電源,取下紙帶,如果共有n個清晰的點,則這段紙帶記錄的時間Δt=

。

E.打開電源開關(guān),再用手水平地拉動紙帶,紙帶上打下一系列小點。實驗步驟的合理順序是

。

答案:交流

限位孔

復(fù)寫紙

(n-1)×0.02s

BAEDCF解析:打點計時器使用交變電源;把電磁打點計時器固定在桌子上,讓紙帶穿過限位孔,并壓在復(fù)寫紙下面;若打n個點,則有(n-1)個時間間隔,故這段紙帶記錄的時間Δt=(n-1)×0.02

s;實驗步驟的合理順序是:BAEDCF。二、實驗數(shù)據(jù)的處理【例題2】

某同學(xué)在用打點計時器測速度的實驗中,用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況,在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點。相鄰計數(shù)點間的距離如圖所示,每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s。(本題計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(1)在實驗中,使用打點計時器時應(yīng)先

再

(填“釋放紙帶”或“接通電源”)。

(2)每兩個計數(shù)點間還有

個點沒有標(biāo)出。

(3)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離,每隔0.1s測1次速度,計算出打下B、C、D3個點時小車的瞬時速度,并將各個速度值填入下表。計數(shù)點BCDEF速度/(m·s-1)

0.6400.721(4)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在下面的直角坐標(biāo)系中,并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線。答案:(1)接通電源

釋放紙帶

(2)4

(3)0.4000.479

0.560

(4)見解析圖解析:(1)

在實驗中,使用打點計時器時應(yīng)先接通電源,再釋放紙帶。(4)圖線如圖所示:

1.處理紙帶時,一定要分清計時點和計數(shù)點,搞清計數(shù)點之間的時間間隔T。2.利用極限思想將平均值過渡到瞬時值是物理學(xué)中常用的方法。紙帶上某點的瞬時速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點間的平均速度。3.圖像標(biāo)度的選擇要結(jié)合數(shù)據(jù)及其分布特點制定,以使圖線在坐標(biāo)系中合理分布,大小適中。三、創(chuàng)新型實驗【例題3】

下圖是用“位移傳感器”測小車速度的示意圖,這個系統(tǒng)由在同一直線上且等高的A、B兩個小盒組成,A盒裝有紅外線和超聲波發(fā)射器,B盒裝有紅外線和超聲波接收器。A盒固定在向右運動的小車上,B盒固定在桌面上,測量時A向B同時發(fā)射一個紅外線脈沖和一個超聲波脈沖(即持續(xù)時間很短的一束紅外線和一束超聲波),B盒接收到紅外線脈沖時開始計時,接收到超聲波脈沖時停止計時,若兩者的時間差為t1,空氣中聲速為v0,紅外線在A與B之間的傳播時間可忽略。(x1、x2、Δx未知)(1)發(fā)射紅外線脈沖和超聲波脈沖時A與B之間的距離為

。

(2)經(jīng)過短暫的Δt時間后,進(jìn)行第二次測量,此次接收兩者的時間差為t2,已知小車在遠(yuǎn)離B,則小車運動的速度大小為

。

解析:(1)由于紅外線在A與B之間傳播的時間可忽略,根據(jù)勻速直線運動規(guī)律得A、B間的距離為x1=v0t1。(2)同理可知:進(jìn)行第二次測量時,A、B間的距離為x2=v0t2,兩次發(fā)射超聲波脈沖的時間間隔為Δt,即為小車運動Δx=x2-x1所用的時間,根據(jù)速度的定義式可知小車運動的速度大小為課堂小結(jié)隨堂練習(xí)1.(打點計時器的使用)關(guān)于打點計時器,下列說法正確的是(

)A.紙帶上打的點越密,說明物體運動得越快B.電火花計時器使用的是220V交變電源C.電火花計時器比電磁打點計時器打點頻率高D.實驗時應(yīng)先釋放小車,后接通打點計時器的電源答案:B解析:紙帶上打的點越密,說明物體運動越慢,A錯誤;電火花計時器使用的是220

V交變電源,B正確;兩種計時器電源頻率都是50

Hz,C錯誤;實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源,后釋放小車,D錯誤。2.(多選)(打點計時器的使用)在練習(xí)使用打點計時器的實驗中,打點周期為0.02s,下列說法正確的是(

)A.先接通電源,后拉動紙帶B.先拉動紙帶,后接通電源C.電火花計時器使用約8V的交變電源D.連續(xù)n個計時點間的時間為(n-1)×0.02s答案:AD解析:

使用打點計時器打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后,再拉動紙帶,A正確,B錯誤;電火花計時器使用220

V的交變電源,C錯誤;每相鄰的兩個計時點間的時間間隔為0.02

s,連續(xù)n個計時點間有n-1個間隔數(shù),故時間為(n-1)×0.02

s,D正確。3.(實驗步驟)以下是練習(xí)使用電磁打點計時器的部分實驗步驟,其中有錯誤的操作是(

)A.把打點計時器固定在桌子上,讓紙帶穿過限位孔,把復(fù)寫紙片套在定位軸上,并壓在紙帶上面B.把打點計時器的兩個接線柱分別接上導(dǎo)線,與8V低壓交變電源相連C.用手水平地拉動紙帶,然后打開電源開關(guān)D.取下紙帶,用刻度尺測量最后一個點與計時起點的距離x0,用公式v=計算紙帶運動的平均速度答案:C解析:復(fù)寫紙應(yīng)在紙帶上面,A正確;電磁打點計時器使用約8

V的交變電源,B正確;應(yīng)該先接通電源,后拉動紙帶,C錯誤;D項中是測平均速度的一種常用方法。4.(數(shù)據(jù)處理)如圖所示,在氣墊導(dǎo)軌上安裝有兩個光電門A、B,A、B間距離為l=30cm。為了研究滑塊的運動情況,在滑塊上安裝了一寬度為d=1cm的遮光條。現(xiàn)讓滑塊依次通過光電門A、B,并記錄了遮光條通過兩光電門A、B的時間分別為0.010s、0.005s,滑塊從光電門A到B的時間為0.200s。則下列說法正確的是(

)A.滑塊經(jīng)過A的速度為1cm/sB.滑塊經(jīng)過B的速度為2cm/sC.滑塊在A、B間的平均速度為1.5m/sD.滑塊在A、B間的平均速度為3m/s答案:C5.(數(shù)據(jù)處理)圖甲是用打點計時器(f=50Hz)測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分,從0點開始依照打點的先后依次標(biāo)為0、1、2、3、4、5、6,現(xiàn)在量得0、1間的距離x1=5.18cm,1、2間的距離x2=4.40cm,2、3間的距離x3=3.62cm,3、4間的距離x4=2.78c