資源簡介

(共58張PPT)
實驗 用打點計時器測速度
【揚帆起航系列】2025-2026學年高中物理同步備課必修第一冊
授課人：揚帆起航
新人教版（2019）
第一章 運動的描述
01
兩種打點計時器
02
測量紙帶的平均
速度和瞬時速度
03
速度—時間圖像（v-t圖）
04
位移和時間的測量
目錄/contents
新課導入
兩種打點計時器
01
電磁打點計時器
電火花打點計時器
約8 V交流電
220 V交流電
工作原理
交流與討論：電磁打點計時器使用低壓交流電源工作，想一想能不能使用直流電源，為什么？
電磁打點計時器工作原理
工作原理
交流與討論：從原理上考慮，電火花計時器與電磁打點計時器相比，哪個更好些，誤差可能會更小？
火花放電
電火花計時器工作原理
電磁打點計時器 電火花打點計時器
構造
工作電壓 8v的交流電源 220v的交流電
工作原理 被交變磁場磁化的振片在永久磁鐵作用下振動，振針打在復寫紙上使紙帶上打出一系列的點。 接通電源，按下脈沖輸出開關時，計時器發出的脈沖電流經放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產生火花放電，在運動的紙帶上就打出一行點跡。
阻力來源 ①紙帶與限位孔的摩擦; ②振針與紙帶打點接觸時的摩擦 紙帶與限位孔的摩擦
打點頻率 頻率為50Hz，每隔0.02s打一個點 說明 電火花打點計時器工作時紙帶受阻力較小，系統誤差較小，應優先選用。 兩種打點計時器的比較
測量紙帶的平均速度和瞬時速度
02
（1）時間：(電源頻率50Hz，每隔________秒打一個點)
（2）位移:
0.02
想一想：打點計時器打出的紙帶可以記錄哪些信息
研究紙帶 → 研究物體運動
D
G
2、測量原理：
1、思想方法:極短時間內，平均速度可近似代替某點的瞬時速度.所取的時間間隔越小，算出的平均速度越接近該點的瞬時速度.
根據紙帶求瞬時速度
問題1：怎樣根據紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度
△x
0.1s
問題2：如何測量E點的瞬時速度？
D
F
G
D
F
G
D
F
△x
△t
測量紙帶的平均速度和瞬時速度
X1
X4
X3
X2
X7
X6
X5
0 1 2 3 4 5 6 7
想一想：需要測量什么？怎么計算？
思考：如何計算1點到3點之間的平均速度？
如何計算平均速度
時間
位移
v =
——
Δ t
Δ x
_
平均速度：
平均速度與瞬時速度
0 1 2 3 4 5
思考：需要測量什么？怎么計算？
思考：應如何測量打3點時紙帶的瞬時速度 ？
哪個更好？
如何計算瞬時速度
頻閃相機
討論：從頻閃照片中能得到什么信息？
討論：物體的運動快慢如何變化？
討論：如果需要測量物體速度，還需要知道什么信息？
其他測量速度的方法
利用頻閃照相測物體速度
頻閃照片既記錄了物體運動的時間信息，又記錄了物體運動的位移信息。求平均速度和瞬時速度的方法與打點計時器相同。
頻閃照相法是一種利用照相技術，每間隔一定時間曝光，從而形成間隔相同時間的影像的方法．當物體運動時，照相機可以拍攝出該物體每隔相等時間所到達的位置．通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片．
與打點計時器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻率相當于打點計時器交變電源的頻率，而相同時間間隔出現的影像則相當于打點計時器打出的點跡．因此，運動物體的頻閃照片既記錄了物體運動的時間信息，又記錄了物體運動的位移信息．求平均速度和瞬時速度，兩者都是一樣的．
頻閃照相測速度
借助傳感器與計算機測速度
下圖是一種運動傳感器的原理圖，這個系統由A、B兩個小盒子組成．固定在運動物體上的A盒中裝有發射器，可同時發射紅外線脈沖(光速c＝3×108 m/s)和超聲波脈沖(常溫下聲速v＝340 m/s)，固定的B盒中裝有接收裝置，利用接收的時間差確定A、B間的距離，由兩次測得的距離Δx和兩次發射脈沖的時間間隔Δt可求出A的速度．c v，則x1＝vt1，x2＝vt2，Δx＝x2－x1，Δt＝t2－t1，vA＝ Δx/ Δt ，如圖所示．
傳感器測速度
氣墊導軌和數字計時器
如圖所示，當滑塊通過光電門時，光電計時器記錄了遮光條通過光電門的時間，而遮光條的寬度d已知，且非常小.由于滑塊通過光電門的時間Δt非常短，在這段時間內滑塊的運動可以近似看作勻速直線運動，所以可認為遮光條通過光電門時的瞬時速度等于其通過光電門的平均速度，
利用光電門測速度
利用光電門測物體速度
常利用光電門測物體的瞬時速度
用光電門測量瞬時速度
【例題】用如圖10所示的計時裝置可以近似測出氣墊導軌上滑塊的瞬時速度.已知固定在滑塊上的遮光條的寬度為4 mm，遮光條經過光電門的遮光時間為0.04 s.
(1)則滑塊經過光電門位置時的速度大小為________.
圖10
(2)為使 更接近瞬時速度，正確的措施是________.
A.換用寬度更窄的遮光條
B.換用寬度更寬的遮光條
C.提高測量遮光條寬度的精確度
D.使滑塊的釋放點更靠近光電門
A
速度—時間圖像（v-t圖）
03
記時點：打點針打出的點
工作頻率為50Hz，相鄰兩個記時點之間的的時間間隔為0.02s。
記數點：
0
1
每隔2個記時點取1個記數點
每3個記時點取1個記數點
2
3
4
5
記數點 0 1 2 3 4 5
時刻/s
位移/cm
0
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
0
2.50
5.80
10.30
16.00
26.70
溫故而知新
作圖步驟:
(1)建立平面直角坐標系；
(2)描點；
(3)擬合曲線
用時間軸描述時刻和時間。
用直線坐標系描述物體的位置及位置的變化。
×
×
×
×
×
用平滑的曲線盡可能的把絕大部分點連接起來
圖像反映了質點位移隨時間的變化規律，稱為位移—時間圖像，又稱x-t圖像。
0
1
2
3
每5個記時點取1個記數點
每隔4個記時點取1個記數點
位置 0 1 2 3
x/m 0 0.0390 0.1080 0.2080
x/m 0 0.0390 0.069 0.100
t/s 0 0.10 0.10 0.10
v/（m · s-1） 0.39 0.69 1.00
1、測量紙帶的平均速度
每3個記錄點取1個記數點
每隔2個記錄點取1個記數點
位置 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 0.0200 0.0510 0.0920 0.1440 0.2080 0.2840
x/m 0 0.0200 0.0310 0.0410 0.0520 0.0640 0.0760
t/s 0 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
0
1
2
3
4
5
6
v可以代替各個對應的Δx中任意一點的瞬時速度
2、測量紙帶的瞬時速度
位置 A B C D E F
t/s 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
如果用v分別代替圖中A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度，取A點為運動的初位置，對應于計時的0時刻，就可以得到瞬時速度與各時刻的對應關系。
位置 0 1 2 3 4 5 6
x/m 0 0.0200 0.0510 0.0920 0.1440 0.2080 0.2840
x/m 0 0.0200 0.0310 0.0410 0.0520 0.0640 0.0760
t/s 0 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
A B C D E F
我們能不能把表中的數據用坐標來表示呢
作圖步驟:
(1)建立平面直角坐標系；
(2)描點；
(3)擬合曲線
用橫軸描述時刻和時間。
用縱軸描述物體的速度。
用平滑的曲線盡可能的把絕大部分點連接起來
圖像反映了質點速度隨時間的變化規律，稱為速度—時間圖像，又稱v-t圖像。
位置 A B C D E F
t/s 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30
v/（m · s-1） 0.33 0.51 0.68 0.86 1.06 1.26
×
×
×
×
×
×
如果是一條直線,壓在直線上點的個數盡可能多,分居在直線兩邊的點的個數基本相等,且對稱。
v －t圖像的物理意義：
描述物體速度隨時間的變化關系
⑴圖線上任意一點的橫縱坐標表示物體在某一時刻的瞬時速度。
⑵圖線上起點的橫縱坐標表示物體運動的初速度。
⑶ v -t圖像表示的是速度隨時間變化的情況不是運動的軌跡。
速度—時間圖像（v-t圖像）
勻速直線運動
x－t圖像
v －t圖像
相同時間內位移變化相同
位移隨時間均勻變化
初始位置 運動方向 速度大小
10m
x軸正向
5m/s
40m
x軸負向
5m/s
-30m
x軸正向
3m/s
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲第二個2秒內的位移:
Δx=30-20=10m
乙12秒內的位移:
Δx=-20-40=-60m
丙前10秒內的位移:
Δx=0-(-30) =30m
v －t圖像中,在Δ t時間內質點的位移等于圖線與時間軸和Δ t所包圍的“面積”。
勻速直線運動：
①勻速運動；
②速度一定的運動；
③速度大小一定、方向一定；
④x －t圖像是一條直線；
⑤v －t圖像是一條水平線；
⑥位移隨時間均勻變化。
0
0.02
0.04
0.08
0.06
0.10
0.12
0.14
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
(1)在方格紙上建立直角坐標系
(2)根據各v、t 數據，
將(v，t)作為一組坐標在坐標系中描點
(3)用折線或平滑曲線把這些點連接起來，做出圖線
作速度－時間圖象(v－t 圖象)的步驟
典例分析
04
例1. 使用電火花計時器來分析物體運動情況的實驗中，有如下基本步驟：
A.把電火花計時器固定在桌子上
B.安裝好紙帶
C.松開紙帶，讓物體拉著紙帶運動
D.接通220V交流電源
E.按下脈沖輸出開關，進行打點
這些步驟正確排列順序為 __________
解析：固定打點計時器→穿紙帶→接通電源→按下脈沖開關→拉動紙帶。故答案是ABDEC.
規律 方法 技巧
要做好這類題目，要注意以下幾點：
1.物體放在靠近打點計時器的位直
2.先接通電源，后拉動紙帶
3.最后別忘了斷開電源。
一定是先接通打點計時器，后拉動紙帶
典題精析
例2.關于打點計時器打出的紙帶，下列敘述中正確的是（　 ）
A.點跡均勻，說明紙帶做勻速運動
B.點跡變稀，說明紙帶做加速運動
C.點跡變密 ，說明紙帶做加速運動
D.相鄰 兩點間的時間間隔相等
解析：打點計時器的打點的頻率一定，相鄰兩點間的時間間隔相等，如果紙帶勻速運動，點跡均勻；如果紙帶加速運動，點跡變稀；如果紙帶減速運動，點跡變密。故答案是ABD.
規律 方法 技巧
要做好這類題目，要注意以下幾點：
1.選取一條點跡清晰的紙帶為研究對象
2.分要的紙帶上點與點之間間隔的變化情況
3.若點與點之間的距離相等，就可判斷物體做勻速運動，若點與點之間的間距越來越大，則物體做加速運動，反之做減速運動。
典題精析
例3.如圖為某次實驗時打出的紙帶，打點計時器每隔0.02s打一個點，圖中O點為第一個點，A、B、C、D為每隔兩點選定的計數點。根據圖中標出的數據，打A、D點時間內紙帶的平均速度有多大？打B點時刻紙帶的瞬時速度有多大？
解析：AD段的平均速度
規律 方法 技巧
要做好這類題目，要注意求平均速度和瞬時速度的步驟：
1.選取一條點跡清晰的紙帶為研究對象
2.求出該段紙帶對應的位移△x ，數出相應的點跡間隔數，求出△t
3.利用v= △x/ △t求出該段的平均速度，若某點包含在該段位移中，可用平均速度表示該點的瞬時速度 。
當時間間隔很短時，可用平均速度代替瞬時速度，故B點的瞬時速度
典題精析
例題：用氣墊導軌和數字計時器更能精確地測量物體的瞬時速度．如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間Δt1＝0.29 s，通過第二個光電門的時間Δt2＝0.11 s，已知遮光板的寬度為3.0 cm，分別求滑塊通過第一個光電門和第二個光電門時的速度大小．
解析：由于滑塊經過光電門時遮光板的擋光時間較短，所以滑塊經過光電門的速度可用遮光板擋光時間內的平均速度表示．
經過光電門2的速度
經過光電門1的速度
答案：0.10 m/s　0.27 m/s
【例題】把紙帶的下端固定在重物上，紙帶穿過打點計時器，上端用手提著。接通電源后將紙帶釋放，重物便拉著紙帶下落，紙帶被打出一系列點，其中有一段如圖所示。
（1）圖中所示的紙帶，哪端與重物相連？
（2）怎樣計算在紙帶上打A點時重物的瞬時速度？說出你的理由。
⑴因為打點計時器每隔0.02s打一個點，時間間隔是定值；重物拖動紙帶下落的運動過程中，速度越來越快，所以相等時間內運動的位移越來越大。所以圖中紙帶左端先開始運動；
⑵可以在A點的兩邊分別取B、C兩點，用B、C兩點間的平均速度代替A點的瞬時速度。
B C
解析：
【例題】如圖所示，左圖為甲、乙兩質點的v －t圖像，右圖是在同一直線上運動的物體丙、丁的x －t圖像．下列說法中正確的是 ( )
A.質點甲、乙的速度相同
B.不管質點甲、乙是否從同一地點開始運動，
它們之間的距離一定越來越大
C.丙的出發點在丁前面的x0處
D.丙的運動比丁的運動快
由左圖可知，甲、乙兩質點的速度大小都是2 m/s，但甲的速度沿正方向，乙的速度沿負方向，說明兩質點的速度方向相反，由于速度是矢量，則質點甲、乙的速度不同，故A錯誤；由于甲、乙出發點的位置關系未知，無法判斷它們之間的距離如何變化，故B錯誤；由右圖看出丙從距原點正方向上x0處出發沿正方向做勻速直線運動，丁從原點出發沿同一方向做勻速直線運動，因此丙的出發點在丁前面的x0處，故C正確；丙圖線的傾斜程度小于丁圖線的傾斜程度，所以丙運動的慢，故D錯誤。
解析：
C
【例題】借助運動傳感器可用計算機測出物體運動的速度．如圖所示，傳感器系統由兩個小盒子A、B組成，A盒裝有紅外線發射器和超聲波發射器，它裝在被測物體上，每隔0.3s可同時發射一個紅外線脈沖和一個超聲波脈沖；B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，B盒收到紅外線脈沖時開始計時（紅外線的傳播時間可以忽略不計），收到超聲波脈沖時計時停止．在某次測量中，B盒記錄到的連續兩個超聲波脈沖所需的時間分別為0.15s和0.155s，請仔細閱讀并準確理解上述提供的信息，
（1）簡要分析 A盒運動方向是背離B盒還是靠近B盒？（聲速取340m/s）
（2）該物體運動的速度為多少？
分析：根據題意B盒記錄到的連續兩個超聲波脈沖所需的時間分別為0.15s和0.155s，時間變長，故A盒運動方向是背離B盒，由s=vt可求兩次的位移差，時間為Δt=t2-t1=0.3s，物體運動的速度為
⑴根據題意，得：B盒記錄到的連續兩個超聲波脈沖所需的時間分別為0.15s和0.155s，時間變長，由s=vt知，s變大，故A盒運動方向是背離B盒
⑵有運動學公式s=vt ，得s1=vt1=340×0.15=51m，s2=vt2=340×0.155=52.7m
由= 得=5.7m/s
解析：
【例題】如圖是實驗中得到的一條紙帶，從0點開始每5個點取一個計數點（打點計時器的電源頻率是50 Hz），依照打點的先后依次編為1、2、3、4、5、6，量得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm，x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。
(1)相鄰兩計數點間的時間間隔為T＝　　　　　 s。
(2)計數點2、4之間的平均速度v24＝　　　　　 m/s。
(3)打點計時器打計數點3時，小車的速度大小v3＝　　　　　 m/s。
0.1
0.32
0.32

展開更多......

收起↑