7-实验测量纸带的平均速度和瞬时速度—人教版(2019)高中物理必修第一册初升高衔接预习讲义

7-实验测量纸带的平均速度和瞬时速度—人教版(2019)高中物理必修第一册初升高衔接

预习讲义

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度 [学习目标]：

1.学会用打出的纸带求平均速度.

2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.

3.能根据实验数据作出物体的速度—时间图像，并能根据图像分析物体的运动． 一、实验步骤

(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带．

(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6 V 低压交流电，电火花计时器接220 V 交流电)．

(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． 二、根据纸带测量平均速度

1．实验原理：根据v ＝Δx

Δt 可求出任意两点间的平均速度，Δx 是纸带上两点间的距离，Δt 是这两点间的时间间隔．

如图，打点计时器打出的一条纸带示意图。若想计算实验时运动的纸带在 D 、G 两 点间的平均速度 v ，只需测出 D 、G 间的位移Δx 和所用的时间Δt ，就可以算出平均速度 DG 间的平均速度：v ＝Δx

Δt

2．数据处理：每隔 0.1 s （或更短）计算一次平均速度。

（1） 从纸带上能看清楚的某个点标记为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用数 字 1，2，3，… 标出这些计数点；

（2）用刻度尺测量各计数点到起始点 0 的距离 x ，记录在表 1 中； （3）计算两相邻计数点间的位移 Δx ，同时记录对应的时间 Δt ； （4）根据 Δx 和 Δt 计算纸带在相邻计数点间的平均速度 v 。

三、粗略计算瞬时速度

纸带上某点的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的相距较近的两点间的平均速度来表示，测量E 点的瞬时速度时，如果把包含E 点在内的间隔取得小一些，用两点间的位移 Δx 和时间 Δt 算出的平均速度代表纸带在E 点的瞬时速度，就会精确一些，当D 、F 两点离E 点越近，算出的平均速度越接近E 点的瞬时速度。

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v E ＝Δx

Δt

.

2．数据处理：计算上节实验中纸带上各计数点的瞬时速度。每隔 0.06 s 计算一次速度。 （1）从纸带起始点 0 算起，后面每 3 个点取一个计数点； （2）测量各计数点到起始点 0 的距离 x ，记录在表 2 中； （3）计算两相邻计数点间的位移 Δx ，同时记录对应的时间 Δt

（4）根据 Δx 和 Δt 算出的速度值就可以代表在 Δx 这一区间内任意一点的瞬时速度。将算出的各计数点的速度值记录在表 2 中。

四、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(填“接通电源”或“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(可先统一测量出各个计数点到起始点O之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．

五、速度－时间图象(v－t图象)

一、作图

用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立平面直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到运动物体的v－t图象，图所示为某质点的v－t图象．请同学们观察图象并分析以下问题．

(1)v－t图象是不是质点运动的轨迹从v－t图象中可以知道哪些信息

(2)匀速直线运动的v－t图象有什么特点？

答案：(1)v－t图象不是质点运动的轨迹．从v－t图象中可知任意时刻速度的大小和方向，以及确定各时间段内速度大小变化的趋势，是增大还是减小。

(2)匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线，

二、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．分段测量计数点间的位移x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v­t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。

注意事项：（1）v－t图象标度要适当，使图线占满大部分坐标纸

（2）v－t图象，连线时应用平滑的曲线连接各点，不能用用折线把这些点连起来【典例精析】

例1.使用打点计时器时应注意()

A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面

B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带

C．使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行

D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源

答案：BCD

解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器不用复写纸，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B正确；为减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C正确；打点计时器不能长时间连续工作，故D正确．

例2.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图4所示，纸带在A、C间的平均速度为______ m/s.在A、D间的平均速度为________ m/s.B点的瞬时速度更接近于________ m/s.(结果保留两位小数)

答案：0.350.420.35

解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s.

A、C间的距离为14 mm＝0.014 m.

A、C间对应的时间为0.02×2 s＝0.04 s.

A、D间的距离为25 mm＝0.025 m.

A、D间对应的时间为0.02×3 s＝0.06 s