做直线运动物体的瞬时速度学案鲁科版必修第一册

1、PAGE PAGE - 8 -新教材高中物理学案鲁科版必修第一册：第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度一、实验目的(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。二、实验器材电磁打点计时器(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(或者轨道)、U形夹、小车、毫米刻度尺。长木板的作用是什么？提示：形成斜面，便于测量小车的瞬时速度。三、实验原理与设计1实验原理：(1)电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为0.02

2、s。(2)可测物理量：相邻两点之间的距离可以用刻度尺测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的位移。由此可获知物体运动的速度等。2实验设计：(1)利用两种打点计时器。电火花打点计时器电磁打点计时器结构图示工作电压220 V交流电46 V交流电打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动打点周期0.02 s0.02 s记录信息位移、时间(2)利用频闪照相法。频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法。频闪灯：每隔相等时间闪光一次，如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的位置，通

3、过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。记录信息：物体运动的时间和位移。(3)瞬时速度的求法及匀变速直线运动的判断。利用平均速度v eq f(s,t) ，当t很短时，可以近似认为平均速度 eq f(s,t) 等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动。利用ss2s1s3s2snsn1aT2判断物体是否做匀变速直线运动。四、实验步骤(1)将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜。(2)连接好打点计时器的电路(注意此过程中要断开开关)。(3)将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器。(4)闭合电路开关，稍后(打点稳定后)释放小车，打完纸带

4、后立即关闭电源。(5)更换纸带，重复操作三次。(6)选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点，选择相隔0.1 s的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的表格中。(1)利用电火花打点计时器应注意哪些问题？为什么采用电火花打点计时器？提示：使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。这种计时器纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小。(2)开始实验时对小车和打点计时器有什么要求？提示：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。五、数据收集与分析1用逐差法求加速度以取六个间隔为例，则：a1 eq f(s4s1,3T

5、2) ，a2 eq f(s5s2,3T2) ，a3 eq f(s6s3,3T2) 。加速度的平均值为a eq f(1,3) (a1a2a3) eq f(1,3) ( eq f(s4s1,3T2) eq f(s5s2,3T2) eq f(s6s3,3T2) ) eq f(1,9T2) (s4s5s6)(s1s2s3)逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，使计算结果更接近真实值。2用vt图像求加速度：(1)在纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔0.1 s的若

6、干计数点进行测量，在选好的第一个点下面标明0，在第六个点下面标1，在第十一个点的下面标2，依此类推，每隔4个点下面计一个数，这些标数字的点叫作计数点。如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3填入表中。位置间隔0112233445间隔距离s/m(2)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是vn eq f(snsn1,2T) ，可求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入表中。位置编号1234时间t/s速度v/ms1(3)用横坐标表示时间T、纵坐标表示瞬时速度v，在坐标平面上标出(T，v1)、(

7、2T，v2)、各点，把这些点连接起来可画出一条直线，它就是物体运动的速度图像，从此直线的斜率就可求得物体的加速度。(1)实验结束后，如何选取纸带？提示：选取一条点迹清晰的纸带为研究对象。(2)如何根据纸带判断物体是匀速运动，还是匀变速直线运动？提示：若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若连续相等时间内位移的变化量是恒量，就是匀变速直线运动。六、误差分析误差产生原因减小方法偶然误差纸带上计数点间隔距离的测量vt图线作出的并非一条直线多次测量求平均值大多数点在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧系统误差小车、纸带运动过程中有摩擦电源的不稳定性使用电火花打点计时器使用稳压电源 教材原型

8、实验角度1实验原理和实验操作【典例1】(1)电磁打点计时器是一种计时仪器，它使用_电源，工作电压为_V，当电源的频率是50 Hz时，它每隔_s打一个点。如图所示纸带是某同学练习使用电磁打点计时器时得到的，打下的点迹的分布情况如图所示。从打下A点到打下B点共14个点迹，历时_s。(2)在使用电磁打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下步骤：A把电磁打点计时器固定在桌子上；B安装好纸带；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。这些步骤正确的排列顺序为_(填步骤前的字母)。【解析】(1)电磁打点计时器是一种计时仪器，它使用的是46 V的交流电源，当电

9、源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一个点，结合纸带上的点迹可知，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时130.02 s0.26 s；(2)使用电磁打点计时器来分析物体运动情况的实验步骤为ABDEC。答案：(1)交流460.020.26(2)ABDEC角度2实验数据分析【典例2】在“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图甲所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点间都还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。已知B点对应的瞬时

10、速度为A、C间的平均速度，其他点对应的瞬时速度计算方法类似。(1)分别计算B、C、D、E点的速度并填入表中。计数点BCDE速度/(ms1)(2)以打A点时为计时起点，建立vt坐标系如图乙所示，请在图乙中作出小车运动的速度与时间的关系图线。(3)根据图线可得小车运动的加速度为_m/s2。(结果保留两位有效数字) (4)分析小车运动速度随时间变化的规律：_。【解析】(1)相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，vB eq f(sAC,2T) eq f(0.05,0.2) m/s0.25 m/s, vC eq f(sBD,2T) 0.35 m/s, vD eq f(sCE,2T) 0.45 m/s,

11、vE eq f(sDF,2T) 0.55 m/s。(2)如图所示：(3)在vt图像中，图线的斜率表示加速度，即a eq f(0.550.25,0.3) m/s21.0 m/s2。(4)小车运动的vt图像是一条向上倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加。答案：(1)0.250.350.450.55(2)图见解析(3)1.0(4)均匀增加 创新型实验【典例3】一小球在桌面上从静止开始做匀加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编号。如图所示，位置1恰为小球刚开始运动的瞬间，摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1 s，则小球在位置4时的瞬时速度约为_m/s，

12、小球从位置1运动到位置6的过程中的平均速度为_m/s，在该过程中的加速度大约为_m/s2。(结果均保留两位有效数字)【解析】由题图可知，位置16对应的刻度依次是0、1.7、6.0、13.5、24.0、37.8，单位是cm，所以连续相等的时间的位移依次是s11.7 cm、s2 4.3 cm、s37.5 cm、s410.5 cm、s5 13.8 cm。小球在位置4时的瞬时速度为在位置3、5之间的平均速度，即v4 eq f(s3s4,2t) eq f(（7.510.5）102,21) m/s0.090 m/s。小球从位置1运动到位置6的过程中的平均速度 eq xto(v) eq f(37.8102,

13、51) m/s0.076 m/s。由sat2得该过程中的加速度a eq f(s5s4s3s2,4t2) 0.031 m/s2答案：0.0900.0760.031如图所示中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的计时仪器。光电计时器像打点计时器一样，也是一种研究物体运动情况的计时仪器，其结构如图丙所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有遮光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示遮光片的挡光时间。某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，做了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做匀加速直线运动通过静止的光电计时器，实验时测得两次遮光时间分别为t10.10 s，t20.05 s，从第一个遮光片遮光到第二个遮光片遮光经过的时间t1 s。(1)图乙是_(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器，电源采用的是_(选填“交流46 V”或“交流220 V”)。(2)第一个遮光片通过光电门的速度大小为_ m/s，第二个遮光片通过光电门的速度大小为_m/s。 (3)小车做匀加