人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度优秀第2课时学案

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科学思维：
1.了解两种打点计时器的结构和工作原理,会正确使用打点计时器。
2.会用速度—时间图像表示速度,掌握描点作图的方法,会根据图像描述物体速度的变化情况。
科学探究：
1.理解根据纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度。
2.掌握科学探究的一般过程。
两种打点计时器
二、平均速度和瞬时速度的测量
1．如图1所示为打点计时器打出的一条纸带示意图，D、G间的时间间隔Δt＝0.1 s，用 测出D、G间的位移Δx，则D、G间的平均速度v＝eq \f(Δx,Δt).
图1
2． (填“D、F间”或“D、G间”)的平均速度更接近E点的瞬时速度．
三、练习使用打点计时器
1.实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、 、导线、复写纸片、低压交变电源(频率是50 Hz,电火花计时器使用220 V交变电源,频率也为50 Hz)。
2.实验步骤
(1)把电磁打点计时器固定在桌子上,纸带穿过 ,把复写纸套在定位轴上,并且压在纸带上面。
(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到低压交变电源上。
(3)接通电源开关,用手水平拉动纸带,使它在水平方向运动,纸带上就打下一系列点。随后立即 电源。
(4)取下纸带,从能看得清的某个点(起始点)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,则纸带的运动时间Δt=
s。
(5)用 测量出从起始点到第n个点间的距离Δx。
(6)利用公式v= 计算出纸带在这段时间内的 。
(7)用刻度尺测量 的两点间的距离,计算出平均速度,用来替代该点的瞬时速度。
3.实验注意事项
(1)实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。
(2)使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带。
(3)手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集。
(4)使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方;使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面。
(5)使用电磁打点计时器时,如打出点较轻或是短线,应调整振针距复写纸的高度。
(6)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.误差分析
(1)利用平均速度来代替运动物体在某计数点的瞬时速度会带来系统误差。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会带来误差。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的距离,再分别计算出各计数点间的位移。读数时应估读到毫米的下一位。
(3)作图时,描点、连线存在偶然误差,为减小误差,应选取合适的坐标单位,利用坐标纸作图。
三、速度－时间图像
1．速度－时间图像(v－t图像)
以 为横轴，以 为纵轴，建立直角坐标系，根据测量数据在坐标系中描点，然后用 把这些点连接起来，即得到物体运动的v－t图像．
2．v－t图像的意义
v－t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它不是物体运动的轨迹．
四、速度－时间图像
1．v－t图像的物理意义
反映做直线运动的物体的速度随时间变化的规律．
2．v－t图像的应用
(1)由图像能看出每一时刻对应的瞬时速度．
(2)由图像判断物体的运动性质．
瞬时速度为正，说明物体的运动方向与选定的正方向相同；瞬时速度为负，说明物体的运动方向与正方向相反．
如图4，若图线平行于t轴，说明物体做匀速运动；若图线是倾斜的直线，说明物体做变速运动．
图4
如图线1，物体沿正方向做匀速运动；
如图线2，物体沿负方向做匀速运动；
如图线3，物体沿正方向做加速运动；
如图线4，物体沿负方向做加速运动．
(1)两种打点计时器使用的电源都是220 V的交变电源。( )
(2)使用50 Hz的交变电源,则两种打点计时器打点的时间间隔都是0.02 s。 ( )
(3)使用打点计时器打点时,应先接通电源,待计时器稳定后再拉动纸带。 ( )
一、根据纸带求解物体的运动速度
知识深化
1.根据纸带的数据求平均速度
如图所示,将打好点的纸带从能够看清的某个点开始,往后数出若干个点,比如共数出n个点,用刻度尺测出第1个点到第n个点的距离Δx,并算出这n个点的时间间隔,则平均速度 ,其中T=0.02 s。
2.粗略计算瞬时速度
当一段位移Δx对应的时间Δt很小时,我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt中某一时刻的瞬时速度。如图所示, 可以大致表示C点的瞬时速度,即vC= ,A、B两点离C点越近,算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时,测量误差会增大,所以应根据实际情况选取这两个点。
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小安所选纸带部分如图乙所示,A、B、C、D、E、F、G为在纸带上所选的计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出,电源频率仍为50 Hz,则相邻两计数点间的时间间隔为 s,根据D、G两点间的位移Δx和所用时间Δt,可以算出纸带在这两点间的平均速度 ,用这个平均速度就可以代表纸带在打下E点时的瞬时速度,则由此方法求得打下E点时的瞬时速度v= m/s。
1.确定时间:确定时间时注意相邻计数点间计时点个数及打点周期。
2.确定位移:确定位移时注意起始点和终止点。
3.计算某点的瞬时速度时,用包含该点的较短时间内的平均速度来代替瞬时速度。
针对训练1 (2023河北高碑店高一月考)某同学在用打点计时器测速度的实验中,得到如图所示的纸带,该同学所用电源的频率为40 Hz。在纸带上从A点开始依次取了B、C、D、E、F、G六个计数点,且每两个计数点间均有3个点未画出,其中x1=7.05 cm,x2=14.73 cm,x3=23.06 cm,x4=32.01 cm,x5=41.62 cm, x6=51.88 cm。
(1)相邻两个计数点间的时间间隔 s。
(2)小车经过AF段的平均速度是 m/s(结果保留两位小数)。
(3)根据C、E两点间的位移和所用时间,求得小车经过D点的瞬时速度是 m/s(结果保留两位小数)。
二、v-t图像
知识深化
1.v-t图像反映了物体的速度随时间变化的规律。根据v-t图像可以读出物体在某时刻的速度或物体的某一速度所对应的时刻。
2.判断运动方向。根据速度的正、负判断运动方向,速度为正,表示物体沿正方向运动;速度为负,表示物体沿负方向运动。
例2 如图所示是一条利用打点计时器打出的纸带,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计时点未画出,测得各计数点到0点的距离如图所示。打点计时器所用电源的频率为50 Hz,求出各计数点的瞬时速度并画出v-t图像。
针对训练2 (多选)(2023黑龙江高一期中)一物体做直线运动的速度—时间图像如图所示,在整个运动过程中,下列说法正确的是( )
A.BC段和CD段的运动方向相反
B.CD段和DE段的运动方向相反
C.物体在D点速度为零,此后运动方向改变
D.AB段物体静止
1、(多选)做直线运动的物体，其v－t图像如图所示，下列判断正确的是( )
A．物体在1 s末改变运动方向
B．物体在前3 s内运动方向不变
C．物体在3 s末运动方向改变
D．物体在2 s时的速度大小为2 m/s
2、(v-t图像)(多选)某同学在用打点计时器测速度的实验中,根据纸带数据所得出的v-t图像如图所示,对其物理意义叙述正确的是( )
A.在0~6 s内,物体以2 cm/s的速度做匀速直线运动
B.在0~0.12 s内物体的平均速度为2 cm/s
C.在0.12~0.16 s内,物体的速度由2 cm/s增加到4 cm/s
D.从8 s初开始,物体以8 cm/s的速度做匀速直线运动
3.(根据纸带求解物体的运动速度)(2023山东淄博高一月考)(1)用打点计时器测定物体的速度,当电源的频率低于50 Hz时,如果仍按50 Hz的时间间隔打点来计算,则测出的速度值将比物体真实的速度值 (选填“偏大”或“偏小”)。
(2)(多选)打点计时器所用电源的频率是50 Hz,其相邻计时点间的时间间隔是T,若纸带上共打出N个点,纸带上共记录的时间为t,则( )
A.T=0.1 s B.T=0.02 s C.t=(N-1)T D.t=NT
(3)(多选)我们可以从打点计时器打出的纸带上直接得到的物理量是( )
A.时间间隔B.位移C.瞬时速度D.平均速度
4.(根据纸带求解物体的运动速度)(2023湖北十堰高一月考)物体运动时打点计时器打出的一条纸带如图所示,图中相邻的点间还有四个点未标出,已知打点计时器接50 Hz的交流电源。
(1)ae段的平均速度为 m/s。
(2)d点对应的瞬时速度约为 m/s。
考点一 打点计时器
1.(2023河北衡水高一月考)(1)如图所示,一个人右手拿一支彩色画笔,另一个人拉动一条宽约1 cm的长纸带,使纸带在笔下沿着直线向前移动。每隔1 s用画笔在纸带上点一个点,这样,就做成了一台简单的“打点计时器”。由实验可知,纸带速度越大,相邻两点的距离越 (选填“远”或“近”),纸带的速度对相邻两点所表示的时间 (选填“有”或“没有”)影响。
(2)小张用同一个打点计时器在固定频率下,测量小车拉动纸带甲、乙、丙、丁的运动速度,每次小车都是自右向左运动,四段纸带的长度都相同,如图所示,则下列叙述正确的是 。
A.纸带甲打点均匀,表示小车是匀速运动的
B.纸带乙显示的平均速度与纸带甲的相同
C.纸带丙表示的小车的运动是先快后慢
D.纸带丁表示的小车的运动是先慢后快
2.(2023山西太原高一期中)在用手拖动纸带,测量纸带的平均速度和瞬时速度时,打出如图所示的一条纸带,所用打点计时器使用频率为50 Hz的电源。
(1)可以判断,下列说法正确的是 ;
A.纸带做加速运动
B.纸带做匀速运动
C.纸带做减速运动
D.纸带在1点的速度小于在3点的速度
(2)在计算A~F间的平均速度时,下列做法正确的是 ;
A.用AF间距除以0.1 s
B.用BE间距除以0.06 s
C.用AC间距除以0.04 s
D.用CD间距除以0.02 s
3.(2023海南高一月考)像打点计时器一样,数字计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示。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,数字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,如图乙所示,用最小刻度为1 mm的刻度尺测量滑块上挡光片的宽度d,示数如图丙所示。
丙
(1)读出挡光片的宽度为d= cm。
(2)滑块在牵引力作用下通过光电门,数字计时器记录了它通过光电门的时间为t=1.0×10-3 s,由公式v= ,可得到滑块通过光电门的速度为 m/s。
考点二 v－t图像
4.(2023浙江杭州期中)做直线运动的物体,其v-t图像如图所示,下列判断正确的是( )
A.物体在1 s末运动方向改变
B.物体在3 s末运动方向改变
C.物体在1 s时离出发点最远
D.物体在2 s时的速度与4 s时的速度相同
5.(2023重庆高一期中)某探究小组用手机和带刻度的玻璃筒等器材研究金属小球在水中竖直下落的速度变化情况。用手机拍摄功能记录小球在水中由静止释放后位置随时间的变化,每0.02 s拍摄一张照片。
(1)取某张照片中小球的位置为0号位置,然后依次每隔4张照片标记一次小球的位置,则相邻标记位置之间的时间间隔是 s。
(2)测得小球位置x随时间t的变化曲线如图所示。由图可知,小球在0.05~0.40 s时间段内的平均速度的大小 (选填“大于”“等于”或“小于”)0.40~0.65 s时间段内的平均速度的大小。
6.利用如图所示装置测量滑块的速度,图中MN是水平桌面,1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个数字计时器没有画出。实验时,让滑块从木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为1.0×10-2 s和4.0×10-3 s,滑块的宽度d=1.010 cm。
(1)滑块通过光电门1时的速度v1= m/s,通过光电门2时的速度v2= m/s。(结果均保留两位有效数字)
(2)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值,它们实质上是滑块通过光电门1和2时的 ,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,可将滑块的宽度 (选填“增加”或“减小”)一些。
7.(1)电磁打点计时器和电火花计时器都是使用 (选填“直流”或“交变”)电源的仪器,电磁打点计时器的工作电压是 V,电火花计时器的工作电压是 V,当电源频率是50 Hz时,它每隔 s打一次点。
(2)下面两图为某同学在做练习使用打点计时器实验时获得的两条纸带:
两图中做变速直线运动的是 。
(3)用电火花计时器在纸带上打点时,操作的合理顺序应是 。
A.先接通电源,再用手牵动纸带
B.先用手牵动纸带,后接通电源
C.接通电源的同时用手牵动纸带
(4)某次实验中得到一条如图所示的纸带,图中前几个点模糊,纸带上相邻计数点间还有四个点没画出,计时器打点频率为50 Hz。则从打A点到打D点共历时 s,从A点到D点纸带的平均速度是 m/s。
比较项
电火花计时器
电磁打点计时器
结构图示


打点方式
周期性产生电火花
振针周期性上下振动
电源频率为50 Hz时打点周期
s
0.02 s
记录信息
位移、