《新高一物理暑假精品课程（粤教版）》第四讲 测量直线运动物体的瞬时速度（解析版）

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第四讲 测量直线运动物体的瞬时速度
【学习目标】
1.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.
2.会根据纸带上的点迹计算物体运动的瞬时速度.
3.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.
4.知道数字计时器的工作原理．
【基础知识】
一、打点计时器
1．作用：打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器．
2．种类：实验室常用的打点计时器有电火花计时器和电磁打点计时器两种．
3．工作电源：电火花计时器的工作电源是 220 V 的交流(填“交流”或“直流”)电源．电磁打点计时器的工作
电源是 4～6 V 的交流(填“交流”或“直流”)电源．
4．时间间隔：当电源频率为 50 Hz 时，打点的时间间隔都是 0.02 s.
二、用打点计时器测量瞬时速度的方法
1．粗略表示某点瞬时速度的方法：在打出的纸带上，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间内
的位移 Δx，同时记录对应的时间 Δt，就可算出各点附近的平均速度＝.把它当作计时器打下这些点时的瞬
时速度．
2．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(填“直流”或“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
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.
3．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.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 Δx，同时记录对应的时间 Δt，利用 v＝计算该计数点的瞬时速度．
4．注意事项
(1)打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置.
(2)打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．
(3)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
(4)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕，即统一测量出各个计数点
到起始点之间的距离．
(5)为减小实验误差，1、2、3、4…不一定是连续的计时点，可以每 5个点(中间隔 4个点)取一个计数点，
此时两计数点的时间间隔 T＝0.1 s.
(6)计算某计数点的瞬时速度时，一般地 Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝.
1
三、数字计时器
1．作用：可以将采集信息的时间显示出来的仪器．
2．构成：由数字计时器和光电门组成．
图1
3．计时原理
(1)记录物体通过一个光电门的时间．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，这样就记录下物体遮挡一个光电门光线的短暂时间．
(2)数字光电门还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度．
【考点剖析】
考点一：用打点计时器测量瞬时速度的方法
例1．在“探究物体速度随时间变化规律”的实验中，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，接通电源后释放纸带，被打点的纸带上有一段如图所示，0、1、2、3、4为连续
的计数点，相邻计数点间还有四个打点未画出。则（　　）
A．实验时，纸带的右端与重物相连
B．实验中应分别逐个测出每两个相邻计数点间的距离
C．2点的瞬时速度只可用 0、4两点间的平均速度粗略表示
D．1、3两点间的平均速度比0、4两点间的平均速度更接近 2点的瞬时速度
【答案】D
【详解】
A．纸带从左到右点间距逐渐增加，可知实验时，纸带的左端与重物相连，选项 A错误；
B．实验中要计算某计数点的速度，只需要测出与该点相邻的两计数点间的距离即可，选项 B错误；
CD．2点的瞬时速度可用 0、4两点间的平均速度粗略表示，也可用 1、3两点间的平均速度粗略表示，但
2
是1、3两点间的平均速度比0、4两点间的平均速度更接近 2点的瞬时速度，选项 C错误，D正确。
故选D。
考点二：数字计时器
例2．如图甲所示是一种速度传感器的工作原理图，在这个系统中 B为一个能发射超声波的固定小
盒子，工作时小盒子 B向被测物体发出短暂的超声波脉冲，脉冲波遇到运动的物体反射后又被B盒接收，
从B盒发射超声波开始计时，经时间△t0再次发射超声波脉冲，图乙是连续两次发射的超声波的位移-时间
图象，则下列说法正确的是（　　）
A．超声波的速度大于 B．超声波的速度为
C．物体的平均速度为 D．物体的平均速度为
【答案】D
【详解】
A．由乙图可知，超声波在 时间内通过位移为 x1，则超声波的速度为
故A错误；
B．由图可知：超声波通过位移为 x2时，所用时间为 ，则超声波的速度为
故B错误；
CD．由题：物体通过的位移为 x2－x1时，所用时间为
3
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