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(共58张PPT)
实验 用打点计时器测速度
【扬帆起航系列】2025-2026学年高中物理同步备课必修第一册
授课人：扬帆起航
新人教版（2019）
第一章 运动的描述
01
两种打点计时器
02
测量纸带的平均
速度和瞬时速度
03
速度—时间图像（v-t图）
04
位移和时间的测量
目录/contents
新课导入
两种打点计时器
01
电磁打点计时器
电火花打点计时器
约8 V交流电
220 V交流电
工作原理
交流与讨论：电磁打点计时器使用低压交流电源工作，想一想能不能使用直流电源，为什么？
电磁打点计时器工作原理
工作原理
交流与讨论：从原理上考虑，电火花计时器与电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小？
火花放电
电火花计时器工作原理
电磁打点计时器 电火花打点计时器
构造
工作电压 8v的交流电源 220v的交流电
工作原理 被交变磁场磁化的振片在永久磁铁作用下振动，振针打在复写纸上使纸带上打出一系列的点。 接通电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，在运动的纸带上就打出一行点迹。
阻力来源 ①纸带与限位孔的摩擦; ②振针与纸带打点接触时的摩擦 纸带与限位孔的摩擦
打点频率 频率为50Hz，每隔0.02s打一个点 说明 电火花打点计时器工作时纸带受阻力较小，系统误差较小，应优先选用。 两种打点计时器的比较
测量纸带的平均速度和瞬时速度
02
（1）时间：(电源频率50Hz，每隔________秒打一个点)
（2）位移:
0.02
想一想：打点计时器打出的纸带可以记录哪些信息
研究纸带 → 研究物体运动
D
G
2、测量原理：
1、思想方法:极短时间内，平均速度可近似代替某点的瞬时速度.所取的时间间隔越小，算出的平均速度越接近该点的瞬时速度.
根据纸带求瞬时速度
问题1：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度
△x
0.1s
问题2：如何测量E点的瞬时速度？
D
F
G
D
F
G
D
F
△x
△t
测量纸带的平均速度和瞬时速度
X1
X4
X3
X2
X7
X6
X5
0 1 2 3 4 5 6 7
想一想：需要测量什么？怎么计算？
思考：如何计算1点到3点之间的平均速度？
如何计算平均速度
时间
位移
v =
——
Δ t
Δ x
_
平均速度：
平均速度与瞬时速度
0 1 2 3 4 5
思考：需要测量什么？怎么计算？
思考：应如何测量打3点时纸带的瞬时速度 ？
哪个更好？
如何计算瞬时速度
频闪相机
讨论：从频闪照片中能得到什么信息？
讨论：物体的运动快慢如何变化？
讨论：如果需要测量物体速度，还需要知道什么信息？
其他测量速度的方法
利用频闪照相测物体速度
频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息。求平均速度和瞬时速度的方法与打点计时器相同。
频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法．当物体运动时，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置．通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片．
与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点迹．因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息．求平均速度和瞬时速度，两者都是一样的．
频闪照相测速度
借助传感器与计算机测速度
下图是一种运动传感器的原理图，这个系统由A、B两个小盒子组成．固定在运动物体上的A盒中装有发射器，可同时发射红外线脉冲(光速c＝3×108 m/s)和超声波脉冲(常温下声速v＝340 m/s)，固定的B盒中装有接收装置，利用接收的时间差确定A、B间的距离，由两次测得的距离Δx和两次发射脉冲的时间间隔Δt可求出A的速度．c v，则x1＝vt1，x2＝vt2，Δx＝x2－x1，Δt＝t2－t1，vA＝ Δx/ Δt ，如图所示．
传感器测速度
气垫导轨和数字计时器
如图所示，当滑块通过光电门时，光电计时器记录了遮光条通过光电门的时间，而遮光条的宽度d已知，且非常小.由于滑块通过光电门的时间Δt非常短，在这段时间内滑块的运动可以近似看作匀速直线运动，所以可认为遮光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的平均速度，
利用光电门测速度
利用光电门测物体速度
常利用光电门测物体的瞬时速度
用光电门测量瞬时速度
【例题】用如图10所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度.已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4 mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.04 s.
(1)则滑块经过光电门位置时的速度大小为________.
图10
(2)为使 更接近瞬时速度，正确的措施是________.
A.换用宽度更窄的遮光条
B.换用宽度更宽的遮光条
C.提高测量遮光条宽度的精确度
D.使滑块的释放点更靠近光电门
A
速度—时间图像（v-t图）
03
记时点：打点针打出的点
工作频率为50Hz，相邻两个记时点之间的的时间间隔为0.02s。
记数点：
0
1
每隔2个记时点取1个记数点
每3个记时点取1个记数点
2
3
4
5
记数点 0 1 2 3 4 5
时刻/s
位移/cm
0
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
0
2.50
5.80
10.30
16.00
26.70
温故而知新
作图步骤:
(1)建立平面直角坐标系；
(2)描点；
(3)拟合曲线
用时间轴描述时刻和时间。
用直线坐标系描述物体的位置及位置的变化。
×
×
×
×
×
用平滑的曲线尽可能的把绝大部分点连接起来
图像反映了质点位移随时间的变化规律，称为位移—时间图像，又称x-t图像。
0
1
2
3
每5个记时点取1个记数点
每隔4个记时点取1个记数点
位置 0 1 2 3
x/m 0 0.0390 0.1080 0.2080
x/m 0 0.0390 0.069 0.100
t/s 0 0.10 0.10 0.10
v/（m · s-1） 0.39 0.69 1.00
1、测量纸带的平均速度
每3个记录点取1个记数点
每隔2个记录点取1个记数点
位置 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 0.0200 0.0510 0.0920 0.1440 0.2080 0.2840
x/m 0 0.0200 0.0310 0.0410 0.0520 0.0640 0.0760
t/s 0 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
0
1
2
3
4
5
6
v可以代替各个对应的Δx中任意一点的瞬时速度
2、测量纸带的瞬时速度
位置 A B C D E F
t/s 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
如果用v分别代替图中A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度，取A点为运动的初位置，对应于计时的0时刻，就可以得到瞬时速度与各时刻的对应关系。
位置 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 0.0200 0.0510 0.0920 0.1440 0.2080 0.2840
x/m 0 0.0200 0.0310 0.0410 0.0520 0.0640 0.0760
t/s 0 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
A B C D E F
我们能不能把表中的数据用坐标来表示呢
作图步骤:
(1)建立平面直角坐标系；
(2)描点；
(3)拟合曲线
用横轴描述时刻和时间。
用纵轴描述物体的速度。
用平滑的曲线尽可能的把绝大部分点连接起来
图像反映了质点速度随时间的变化规律，称为速度—时间图像，又称v-t图像。
位置 A B C D E F
t/s 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
×
×
×
×
×
×
如果是一条直线,压在直线上点的个数尽可能多,分居在直线两边的点的个数基本相等,且对称。
v －t图像的物理意义：
描述物体速度随时间的变化关系
⑴图线上任意一点的横纵坐标表示物体在某一时刻的瞬时速度。
⑵图线上起点的横纵坐标表示物体运动的初速度。
⑶ v -t图像表示的是速度随时间变化的情况不是运动的轨迹。
速度—时间图像（v-t图像）
匀速直线运动
x－t图像
v －t图像
相同时间内位移变化相同
位移随时间均匀变化
初始位置 运动方向 速度大小
10m
x轴正向
5m/s
40m
x轴负向
5m/s
-30m
x轴正向
3m/s
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲第二个2秒内的位移:
Δx=30-20=10m
乙12秒内的位移:
Δx=-20-40=-60m
丙前10秒内的位移:
Δx=0-(-30) =30m
v －t图像中,在Δ t时间内质点的位移等于图线与时间轴和Δ t所包围的“面积”。
匀速直线运动：
①匀速运动；
②速度一定的运动；
③速度大小一定、方向一定；
④x －t图像是一条直线；
⑤v －t图像是一条水平线；
⑥位移随时间均匀变化。
0
0.02
0.04
0.08
0.06
0.10
0.12
0.14
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
(1)在方格纸上建立直角坐标系
(2)根据各v、t 数据，
将(v，t)作为一组坐标在坐标系中描点
(3)用折线或平滑曲线把这些点连接起来，做出图线
作速度－时间图象(v－t 图象)的步骤
典例分析
04
例1. 使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下基本步骤：
A.把电火花计时器固定在桌子上
B.安装好纸带
C.松开纸带，让物体拉着纸带运动
D.接通220V交流电源
E.按下脉冲输出开关，进行打点
这些步骤正确排列顺序为 __________
解析：固定打点计时器→穿纸带→接通电源→按下脉冲开关→拉动纸带。故答案是ABDEC.
规律 方法 技巧
要做好这类题目，要注意以下几点：
1.物体放在靠近打点计时器的位直
2.先接通电源，后拉动纸带
3.最后别忘了断开电源。
一定是先接通打点计时器，后拉动纸带
典题精析
例2.关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是（　 ）
A.点迹均匀，说明纸带做匀速运动
B.点迹变稀，说明纸带做加速运动
C.点迹变密 ，说明纸带做加速运动
D.相邻 两点间的时间间隔相等
解析：打点计时器的打点的频率一定，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密。故答案是ABD.
规律 方法 技巧
要做好这类题目，要注意以下几点：
1.选取一条点迹清晰的纸带为研究对象
2.分要的纸带上点与点之间间隔的变化情况
3.若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点之间的间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动。
典题精析
例3.如图为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两点选定的计数点。根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时刻纸带的瞬时速度有多大？
解析：AD段的平均速度
规律 方法 技巧
要做好这类题目，要注意求平均速度和瞬时速度的步骤：
1.选取一条点迹清晰的纸带为研究对象
2.求出该段纸带对应的位移△x ，数出相应的点迹间隔数，求出△t
3.利用v= △x/ △t求出该段的平均速度，若某点包含在该段位移中，可用平均速度表示该点的瞬时速度 。
当时间间隔很短时，可用平均速度代替瞬时速度，故B点的瞬时速度
典题精析
例题：用气垫导轨和数字计时器更能精确地测量物体的瞬时速度．如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.11 s，已知遮光板的宽度为3.0 cm，分别求滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小．
解析：由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示．
经过光电门2的速度
经过光电门1的速度
答案：0.10 m/s　0.27 m/s
【例题】把纸带的下端固定在重物上，纸带穿过打点计时器，上端用手提着。接通电源后将纸带释放，重物便拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中有一段如图所示。
（1）图中所示的纸带，哪端与重物相连？
（2）怎样计算在纸带上打A点时重物的瞬时速度？说出你的理由。
⑴因为打点计时器每隔0.02s打一个点，时间间隔是定值；重物拖动纸带下落的运动过程中，速度越来越快，所以相等时间内运动的位移越来越大。所以图中纸带左端先开始运动；
⑵可以在A点的两边分别取B、C两点，用B、C两点间的平均速度代替A点的瞬时速度。
B C
解析：
【例题】如图所示，左图为甲、乙两质点的v －t图像，右图是在同一直线上运动的物体丙、丁的x －t图像．下列说法中正确的是 ( )
A.质点甲、乙的速度相同
B.不管质点甲、乙是否从同一地点开始运动，
它们之间的距离一定越来越大
C.丙的出发点在丁前面的x0处
D.丙的运动比丁的运动快
由左图可知，甲、乙两质点的速度大小都是2 m/s，但甲的速度沿正方向，乙的速度沿负方向，说明两质点的速度方向相反，由于速度是矢量，则质点甲、乙的速度不同，故A错误；由于甲、乙出发点的位置关系未知，无法判断它们之间的距离如何变化，故B错误；由右图看出丙从距原点正方向上x0处出发沿正方向做匀速直线运动，丁从原点出发沿同一方向做匀速直线运动，因此丙的出发点在丁前面的x0处，故C正确；丙图线的倾斜程度小于丁图线的倾斜程度，所以丙运动的慢，故D错误。
解析：
C
【例题】借助运动传感器可用计算机测出物体运动的速度．如图所示，传感器系统由两个小盒子A、B组成，A盒装有红外线发射器和超声波发射器，它装在被测物体上，每隔0.3s可同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲；B盒装有红外线接收器和超声波接收器，B盒收到红外线脉冲时开始计时（红外线的传播时间可以忽略不计），收到超声波脉冲时计时停止．在某次测量中，B盒记录到的连续两个超声波脉冲所需的时间分别为0.15s和0.155s，请仔细阅读并准确理解上述提供的信息，
（1）简要分析 A盒运动方向是背离B盒还是靠近B盒？（声速取340m/s）
（2）该物体运动的速度为多少？
分析：根据题意B盒记录到的连续两个超声波脉冲所需的时间分别为0.15s和0.155s，时间变长，故A盒运动方向是背离B盒，由s=vt可求两次的位移差，时间为Δt=t2-t1=0.3s，物体运动的速度为
⑴根据题意，得：B盒记录到的连续两个超声波脉冲所需的时间分别为0.15s和0.155s，时间变长，由s=vt知，s变大，故A盒运动方向是背离B盒
⑵有运动学公式s=vt ，得s1=vt1=340×0.15=51m，s2=vt2=340×0.155=52.7m
由= 得=5.7m/s
解析：
【例题】如图是实验中得到的一条纸带，从0点开始每5个点取一个计数点（打点计时器的电源频率是50 Hz），依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm，x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。
(1)相邻两计数点间的时间间隔为T＝　　　　　 s。
(2)计数点2、4之间的平均速度v24＝　　　　　 m/s。
(3)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝　　　　　 m/s。
0.1
0.32
0.32

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