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(共33张PPT)
第四节 测量直线运动物体的瞬时速度
·第一章 运动的描述
High school physics
知道数字计时器的工作原理。
04
能运用实验数据描绘v-t图像，并会根据图像说明物体的运动情况。
会根据纸带上的点迹计算物体运动的瞬时速度。
02
了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理，并会安装和正确使用。
01
03
重点
重难点
01
打点计时器
打点计时器
通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动位移和时间信息的仪器
220V的交流电源
周期：当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点
实验室常用：电火花打点计时器
周期：当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点
4~6V的交流电源
实验室常用：电磁打点计时器
打点计时器
假设交流电的频率为80 Hz，那么它将隔多久打下一个点？
s=0.0125 s
(1)电火花计时器的工作电压为220 V的直流电。(　　)
(2)打点计时器使用时均要先接通电源，后拉动纸带。(　　)
(3)若电源频率为50 Hz，每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点间时间间隔为0.08 s。(　　)
(4)若电源频率增大，则打点时间间隔也增大。(　　)
√
×
×
×
02
打点计时器测速度
测量出D、F两点间的位移Δs和时间Δt，算出这两点间的平均速度。
粗略表示某点瞬时速度的方法
v=
近似表示纸带经过点E时的瞬时速度
t
s
在测量纸带速度时，DF段的平均速度更接近打E点的瞬时速度，
还是DG段的平均速度更接近打E点的瞬时速度？
答案 D、F两点离点E较近，算出的平均速度更接近点E的瞬时速度，然而Δt过小时测量Δs的误差会增大，应该根据实际情况选取两点。
实验：打点计时器的使用及瞬时速度的测量
(1)练习使用打点计时器
①把打点计时器固定在水平桌面上，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，如果电源频率为50 Hz，数出n个点，则第n个与第1个点之间的间隔数为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用刻度尺测量出从第一个点到
第n个点的距离Δx。
(2)测量沿斜面运动小车的瞬时速度
①把打点计时器固定在斜面顶端，将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。用刻度尺测量相邻计数点间的位移。
③计算包含某个计数点在内的一段位移Δs，同时记录对应的时间Δt，利用v=计算该计数点的瞬时速度。
(1)先接通电源，打点稳定后，再释放小车。
注意事项
不能连续工作太长时间
若 f=50 Hz，两计数点间的时间间隔T=0.1 s
(4)不要分段测量各段位移，统一测量各个计数点到起始点之间的距离。
(2)打点之后应立即关闭电源。
(3)为减小实验误差，计时点不一定连续，可以每5个点(或间隔4个点)取一个计数点。
(1)电火花计时器使用的是　　　(填“4~6 V”或“220 V”)交流电源，当频率是50 Hz时，打点计时器每隔　　　　 s打一个点。
220 V
0.02
(2)根据打点计时器打出的纸带，下列物理量
中可以直接从纸带上测得的是　　　　。
A.时间间隔　　B.位移　　C.平均速度　　D.瞬时速度
AB
1.(2025·珠海市高一期中)
(3)关于打点计时器的使用，下列说法正确的是　　　。
A.电磁打点计时器使用的是4~6 V的直流电源
B.在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源
C.选择计数点时，可以不从纸带上的第一个点开始
D.纸带上打的点越密，说明物体运动得越快
C
(4)在“探究小车速度随时间变化规律”中，某小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。
如果测得x4=2.70 cm，x5=2.90 cm，打D点时小车的速度vD=　　 m/s。
0.28
(1)电火花计时器使用的是220 V交流电源，当频率是50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点。
(2)打点计时器是每隔0.02 s打下一个点，所以数点就知道时间间隔，故A正确；
位移利用刻度尺直接测量两点之间的距离就可得到，故B正确；
平均速度的求解需要运用物理公式，故C错误；
计数点的瞬时速度的求解需要运用v=来计算，故D错误。
(3)电磁打点计时器使用的是4~6 V的交流电源，故A错误；实验过程应先接通电源，后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处理和减小误差，故B错误；选择计数点时，前几个点比较密集，一般舍去，故可以不从纸带上的第一个点开始，故C正确；
纸带上打的点越密，说明相等的时间间隔位移越小，即物体运动得越慢，故D错误。
(4)相邻两点间的时间间隔为T=5=0.1 s
则打D点时小车的速度为vD== m/s=0.28 m/s。
2.如图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四个点未画出，各计数点到0计数点的距离如图。
(1)求出2、4计数点的瞬时速度并填表。
v1 v2 v3 v4 v5
数值/(m·s-1) 0.20 0.60 0.71
0.40
0.70
(2)以打下0点时刻为计时起点，根据表格中数据，在直角坐标系中画出物体的速度—时间图像。
(3)如果当时交流电源频率f=55 Hz，
计算时仍按f=50 Hz处理，那么速度
测量值将　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”)(已知T= )
偏小
●
●
●
●
●
(1)由于相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以题图中相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，则v2= m/s=0.40 m/s，
v4= m/s≈0.70 m/s。
(3)如果f=55 Hz>50 Hz，则实际打点周期偏小，计时引用数据偏大，
由v=可知，速度测量值将小于真实值。
03
数字计时器
数字计时器的作用和计时原理
(1)记录物体通过一个光电门的时间。
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，这样就记录下物体遮挡
一个光电门光线的短暂时间。
数字计时器：可以将采集信息的时间显示出来的仪器。
(2)记录物体经过两个光电门之间的时间。
测量物体运动的瞬时速度和平均速度。
请简要分析数字计时器测物体瞬时速度和平均速度的原理。
瞬时速度的测量 物体通过两光电门间的平均速度
v= =
物体通过光电门时遮光时间比较短，可以用平均速度近似代表通过光电门时的瞬时速度。
物体的宽度
遮光时间
两光电门间距离
物体在两光电门间运动时间
3.一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲。a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现有一放在气垫导轨上的滑块通过光电门，用分度值为1 mm的刻度尺测量滑块上挡光片宽度d，示数如图丙。
(1)读出挡光片的宽度为d=　　　　 cm；
1.20
d=1.70 cm-0.50 cm
(2)滑块在牵引力作用下通过光电门，配套的数字毫秒计记录了它通过光电门的时间为t，挡光片的宽度为d，则滑块通过光电门的速度v=　　 。但实质上v是挡光片通过光电门的　　　　(填“平均速度”或“瞬时速度”)，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，可将挡光片的宽度______(填“增大”或“减小”)一些。
平均速度
减小
(2)滑块通过光电门的速度为v=
这个公式计算的是平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，即平均速度更接近瞬时速度，挡光片的宽度要减小一些。
当滑块通过光电门时，数字计时器记录了遮光条通过光电门的时间，而挡光片宽度d已知，且非常小，遮光时间Δt非常短。
用光电计时器测瞬时速度 v=
极限思想
当→0时，
平均速度 ≈ 瞬时速度
打点计时器
电火花打点计时器：220V的交流电源
电磁打点计时器：4~6V的交流电源
记录物体经过两个光电门之间的时间。
测量物体运动的瞬时速度和平均速度。
打点计时器测速度
测量纸带的平均速度和瞬时速度
测量出D、F两点间的位移Δs和时间Δt，算出平均速度，
近似表示纸带经过点E时的瞬时速度。
v=
实验：打点计时器的使用及瞬时速度的测量
数字计时器
极限思维：当→0
平均速度≈瞬时速度

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