《鲁科版（2019）高中物理必修第一册》2.4 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 学案

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第 4 节　科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 学案
学习目标：
1．掌握打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。
2．了解如何从实验中获取数据，学会利用
vt
图像处理、分析实验数据的
方法。
基础知识：
一、运动时间和位移的记录
打点计时器和频闪照相
打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为 50 Hz 时，它
每隔 0.02_s 打一次点．实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两
种．
１．电磁打点计时器
(1)工作电压：6_V 以下的交流电源；
(2)原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起
来，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸
带上留下一行小点．
２．电火花计时器
(1)工作电压：220 V 交流电源；
(2)原理：当接通电源、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，于是在运动的纸带上就打出一行点
迹．
二、测量小车的瞬时速度
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）学须使用打点计时器
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 220V 交流电
源）、纸带、长木板（或轨道）、U 形夹、小车、毫米刻度尺
实验原理与设计
取包含这一位置在内的一小段位移 Δx，根据 v＝测出这一段位移内的平均
速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．一般地，取以这个点
为中间时刻的一段位移来计算．
如图所示，E点的瞬时速度可用 D、F两点间的平均速度代表，即 vE＝.
1
实验步骤
（1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。
（2）将长 60cm 左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让
小车靠近打点计时器。
(3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后
立即关闭电源．
(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有 n
个点，那么 n个点的间隔数为 n－1个，则纸带的运动时间 Δt＝(n－1)×0.02 s.
(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离 Δx.
(6)利用公式 v＝计算出纸带在这段时间内的平均速度．
数据处理
（(1)计算方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间
内某一时刻的瞬时速度，即 vn＝.例如，图中计数点 4的速度 v4＝，其中 T＝0.1
s.
(2)设计表格并记录相关数据
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
时刻 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
v/(m·s－1)
3.作出小车运动的 v－t图象
(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸．
(2)描点：在坐标纸上描出各个点的位置．
(3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点．
4．分析图象得规律
如果画出的 v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线
运动．根据 a＝求出上车的加速度．
实验结论
误差分析
误差 产生原因 减小方法
偶然
误差
①纸带上计数点间隔距
离的测量
②v-t 图线作出的并非
一条直线
① 多次测量求平均值
② 大多数点在线上，不在线上的点尽可
能分布在线两侧
2
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