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(共43张PPT)
第四节　测量直线运动物体的瞬时速度
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
工作电压 220 V交流电源 4～6 V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
比较项目 电火花计时器 电磁打点计时器
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．把打点计时器固定在水平桌面上．观察打点计时器，阅读使用说明书，了解它的结构，按照说明书安装好纸带．
2．接通交流电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一系列点迹，然后关闭电源．
3．取下纸带，选择某个清晰的点，往后数出若干个点，如果数出n个点，则第n个与第1个点之间的间隔为(n－1)个，由Δt＝0.02(n－1) s计算出纸带从第一个点运动到第n个点的时间．
4．用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离Δx.把测量值和计算结果填入表中．
点数n/个 点间隔数(n－1)/个 时间Δt/s 位移Δx/m





补充：刻度尺的使用方法


(1)为了减少误差，测量时，刻度尺的零点不动，用相减的方法得到各段的长度，如测量CD段的长度时，用AD的长度减去AC的长度，测量DE段长度时，用AE的长度减去AD的长度．
(2)用刻度尺测长度的读数方法：如毫米刻度尺，要估读到毫米的下一位，如1.10 cm＝11.0 mm.
三、测量沿斜面运动小车的瞬时速度
1．如图甲所示，把打点计时器固定在斜面的顶端，将一辆系有纸带的小车放置在斜面上．接通打点计时器的电源，让打点计时器开始打点，然后放手让小车带动纸带运动，在纸带上打出一系列的点，记录下小车的运动信息．
2．在纸带上选取点迹清晰的一段，将某个能看清的点标为0，以后每隔0.1 s标一个计数点，相邻计数点间的位移为s1，s2，s3，s4，s5(如图乙所示).用刻度尺测量相邻计数点间的位移，将测量结果填入表中．
计数点 相邻计数点间的
位移s/m 各计数点的速度
v/(m·s－1)
0 —— ——
1 s1＝ v1＝
2 s2＝ v2＝
3 s3＝ v3＝
4 s4＝ v4＝
5 s5＝ ——
根据表中的数据，在图丙中作出v－t图像(以0计数点作为计时起点)，并根据图像说明小车的运动情况．
4．误差分析
(1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差．为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度．
(2)测量计数点间的位移s带来误差．减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离．
(3)作v－t图像不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差．
四、数字计时器
1．光电门：其一边安装发光装置，另一边安装光线接收装置，并都与数字计时器连接．
2．原理：当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，当物体离开光电门时，数字计时器停止计时，这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间．
3．数字计时器的记录
(1)数字计时器可以记录物体通过光电门的时间．
(2)数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间，即任一光电门第一次遮光时开始计时，第二次遮光时停止计时，计时器显示的是两次遮光之间的时间间隔(物体先后通过两个光电门之间的时间).
(3)利用数据可以计算瞬时速度和平均速度．
典例 分类讲解
题型一　打点计时器的原理和使用
　　　如图所示，甲、乙是实验室常用的两种打点计时器，请回答下面的问题：

(1)图甲是________(选填“电磁打点”或“电火花”)计时器，正常工作时电源采用的是________(选填“直流”或“交流”)电．
[解析]　题图甲是电磁打点计时器，正常工作时电源采用的是交流电．
　　　
电磁打点
交流
(2)根据打点计时器打出的纸带，我们可以不需要通过公式计算，从纸带能直接得到的物理量是________．
A.时间　　　　　　 B．位移
C．平均速度 D．瞬时速度
[解析]　根据打点计时器打出的纸带，我们可以不需要通过公式计算，从纸带能直接得到的物理量是时间和位移；通过计算可得平均速度和瞬时速度．
AB
(3)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是________．
A．先接通电源，后让纸带运动
B．先让纸带运动，再接通电源
C．让纸带运动的同时接通电源
D．先让纸带运动或先接通电源都可以
[解析]　为了打点稳定并且有效利用纸带，在实验时应先接通电源，打点稳定后再让纸带运动．
A
题型二　测量小车的瞬时速度
　　　(2025·东莞市期中)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
B
[解析]　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释放小车，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)某同学拖动纸带运动，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.(保留3位有效数字)
0.406
(3)打点计时器打下C点时小车的速度vC＝__________m/s.(保留3位有效数字)
0.390
　　　图甲是一条打点计时器打出的纸带，电源频率为50 Hz，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点．每相邻两个计数点之间还有4个打点计时器打下的点未画出，各计数点到0的距离如图甲所示．
(1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格．
各计数点的速度 v1 v2 v3 v4 v5
数值/(m·s－1) 0.20 0.61 0.70
[答案]　0.40　0.69　
(2)在图乙直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像．
[解析]　根据(1)问表格中数据在直角坐标系中描点，然后连线得到v－t图像如图所示．
[答案] 见解析图
题型三　数字计时器
　　　用气垫导轨和数字计时器能更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条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，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过第一个光电门的速度为__________m/s，通过第二个光电门的速度为__________m/s.(结果均保留2位有效数字)
0.10
0.27
随堂 巩固落实
1．打点计时器虽说是一种计时仪器，但利用它打出的纸带可以判断物体的运动情况．图示为某次实验中打出的甲、乙、丙、丁四条纸带(所打的第一个点均在左边)，其中甲纸带上相邻两点间的距离均为x1，乙纸带上相邻两点间的距离均为x2.则表示纸带做匀速运动的有__________，且__________的速度大；表示纸带做变速运动的有__________，丙纸带做__________(选填“加速”“减速”或“匀速”)运动．
甲、乙
乙
丙、丁
加速
解析：甲、乙两纸带上的点分布比较均匀，甲、乙纸带做匀速运动；由题图可知x2>x1说明相同时间内，乙纸带通过的距离较大，则乙的速度大．由题图可知丙、丁纸带上的点分布不均匀，丙、丁纸带做变速运动；丙纸带上的点越来越稀疏，说明在相同时间内，丙通过的距离越来越大，则丙纸带做加速运动．
2．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用________(选填“交流”或“直流”)电源的仪器，电磁打点计时器的工作电压约是______(选填“6”或“220”)V，当电源频率是50 Hz时，它每隔________s打一次点，每三个打印点取一个计数点的时间间隔是________s．如图，这是某同学在做“测量纸带的平均速度和瞬时速度”的实验中获得的一条纸带．A、B、C、D是纸带上四个连续的计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距s＝____________________cm；C点对应的速度是________m/s(计算结果保留2位有效数字).
交流
6
0.02
0.06
0.70(0.68～0.72)
0.10
3．在“练习使用打点计时器”的实验中：
(1)本实验除打点计时器(含纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的主要仪器有________(选填“交流”或“直流”)电源．
解析：本实验除打点计时器(含纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的主要仪器有交流电源．
交流
(2)关于本实验，下列说法正确的一项是______．
A．利用平均速度代替瞬时速度造成的误差属于偶然误差
B．纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越大
C．先接通电源，待打点计时器正常工作时，再释放纸带
D．若使用电磁打点计时器，应让复写纸放在纸带下面
C
解析：利用平均速度代替瞬时速度是在精度要求不高的情况下采取的近似处理方式，由此带来的误差是由实验原理本身不完善造成的，属于系统误差，故A错误；纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越小，故B错误；由于小车运动较快，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，应先接通电源，待打点计时器正常工作时，再释放纸带，故C正确；若使用电磁打点计时器，应让纸带放在复写纸下面，故D错误．
(3)某次实验，打点计时器使用的电源频率为50 Hz，纸带的记录如图所示，从A点开始每打五个点取一个计数点依次标记为B、C、D、E，其中A为这五个点中最先打出的点．
纸带的运动是________(选填“加速”“匀速”或“减速”)运动；打出A、E这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度大小是________m/s；D点的瞬时速度为________m/s.(后两空均保留2位有效数字)
加速
0.30
0.34
4．(1)图甲是电火花计时器的示意图．电火花计时器工作时使用________(选填“交流”或“直流”)电源，当电源的频率是50 Hz时，打点周期是________s.
解析：电火花计时器使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点．
交流
0.02
(2)利用该计时器测量纸带的速度，基本步骤如下：
A．当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关
B．将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器
C．用手拖动纸带运动
D．接通打点计时器开关
上述步骤正确的顺序是________．(按顺序填写编号)
BDCA
解析：实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，故正确的步骤是：将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器；接通打点计时器开关；用手拖动纸带运动；当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关．故正确的操作顺序为BDCA.
(3)图乙所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器，从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是________(选填“加速”或“减速”).若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时________s．
加速
0.26
解析：打点计时器所用电源频率为50 Hz时，每隔T＝0.02 s 打一个点，相等时间内纸带右侧位移大于左侧位移，说明右侧的速度大于左侧的速度，即纸带做加速运动．又因从打下A点到打下B点共14个点迹，即A到B共有13个时间间隔，所以总共用时t＝13×T＝0.26 s.
(4)若图乙中AB间长度为11.00 cm，则可以计算出纸带的平均速度是________m/s(计算结果保留2位有效数字).
0.42

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