高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度图片ppt课件

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3.位置变化快慢的描述——速度
第2课时　测量纸带的平均速度和瞬时速度、速度—时间图像
1．会使用打点计时器测量平均速度和瞬时速度。2．理解v－t图像的含义，能用实验数据绘制v－t图像，并会根据v－t图像分析物体运动的速度随时间的变化。
1．根据纸带计算平均速度用刻度尺测出n个点之间的间距Δx，n个点之间的时间Δt＝(n－1)× 0.02 s。则平均速度v＝______。
『微训练』根据预习内容，判断下列说法正误：当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。下列关于纸带上点迹的说法错误的是(　　)A．点迹记录了物体运动的时间B．点迹记录了物体在某段时间内的位移C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状D．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
解析： 打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，故A正确；同时也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移，故B正确；点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状，故C错误，D正确。
1．速度—时间图像的意义：直观表示物体运动的速度随_______变化的规律。2．速度—时间图像的获得：用_______表示时间t，_______表示速度v，建立直角坐标系。根据测量的数据在坐标系中描点，然后用_______的曲线把这些点连接起来，即得到v－t图像。如图所示：
『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(1)纸带上两较近点间的平均速度可以近似代表这两点间某点的瞬时速度。(　　)(2)作速度—时间图像时，先描点，再将各点用折线连接起来。(　　)(3)v－t图像表示物体的运动轨迹。(　　)(4)v－t图像形状是曲线的表示物体做曲线运动。(　　)(5)v－t图像能反映不同时刻物体的瞬时速度的大小和方向。(　　)
2．如图所示，当两条图线相交时，其交点的含义表示什么？答案：在速度—时间图像中，图线的交点表示此时两物体的速度相同。
测量纸带的平均速度和瞬时速度
要点提炼一、知识储备1．读数规则在下图中，根据刻度尺的刻度可以读出点A的位置xA。从图中看出，使用分度值为1 mm的尺，并且估读到毫米数的下一位，得到xA＝13.3 mm。其中的末位数3是估读的、不可靠的，xA的真实值在13 mm和14 mm之间。但是这个不可靠的数字3还是有用的，仍要写出来，因为它表示点A在13 mm和14 mm两条刻度线之间，靠近中点但离13 mm刻度线稍近一些的位置。
读数的基本规则就是测量仪器最小刻度以上的数值是可靠的。最小刻度以下的是不可靠的，需要估读，并且只需估读到最小刻度的下一位数字。
2．有效数字这种带有一位不可靠数字的近似数字叫作有效数字(significant figure)。例如，13.3 mm是三位有效数字，改写成1.33 cm或0.013 3 m仍然是三位有效数字。有效数字位数：一个数字从左边第一个非零数往右算有几位数就是几位有效数字，如0.010 00是四位有效数字，左边的两个零不算，右边的三个零都是有效数字。有效数字只有最末一位数是不可靠的。特别大或特别小的数字都要用科学计数法。如月地距离为3.84×108 m是三位有效数字。钨原子的半径为1.37×10－10 m也是三位有效数字。
二、实验思路1．实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V、50 Hz交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸。2．实验步骤(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，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8 V的低压交流电源上。(3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。
(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。
3．数据处理(1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带。(2)把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A、B、C、D…作为“计数点”，如图所示，依次测出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3…
4．实验时应注意的事项(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的，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。(7)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测量点到起始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。
典例剖析　　　　 在测定速度的实验中，使用打点计时器(用频率为50 Hz的交流电)测小车的速度，实验得到的一条纸带如图所示，0,1,2,3,4是选用的计数点，每相邻两计数点间还有3个打出的点没有在图上标出。图中还画出了实验时将毫米刻度尺靠在纸带上进行测量的情况，读出图中所给的测量点的读数分别是___________、___________、___________和___________。1,3两点间的平均速度是_________ m/s，1,4两点间的平均速度是_________ m/s,2点的速度更接近于_________ m/s。
解析：由毫米刻度尺可读出0,1,3,4点的读数分别是10.00 cm,12.60 cm,22.60 cm，30.00 cm。由题意知各计数点间的时间间隔Δt＝4×0.02 s＝0.08 s，由读数可得1,3两点和1,4两点间的位移大小分别是Δx1＝22.60 cm－12.60 cm＝10.00 cm，Δx2＝30.00 cm－12.60 cm＝17.40 cm，
思维升华：(1)利用平均速度来代替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x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O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。
　　　　　　　　用电火花计时器(或电磁打点计时器)打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02 s，按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为_________s。用刻度尺量得OA＝1.50 cm，AB＝1.90 cm，BC＝2.30 cm，CD＝2.70 cm。由此可知，纸带运动速度_______(选填“增加”“减小”或“不变”)，打C点时纸带的速度大小为___________m/s。
解析：相邻计数点间时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s；由给出的数据知，相同时间内纸带运动的距离变大，则纸带做加速运动；打C点时的速度
利用v－t图像描述物体的运动
1．v－t图像用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系。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，即得到如图所示的v－t图像。
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，判断速度大小的变化及其方向。(2)根据图线斜率判断物体的运动性质，斜率的绝对值越大，表示速度变化越快。如图所示，①做匀速运动，②③都做变速运动，但运动方向相反，②的速度变化更快。
(3)截距：v－t图像的纵轴截距表示初始时刻物体的瞬时速度，横轴截距表示物体速度为零的时刻。(4)图线交点：两条图线相交，交点表示两物体此时的瞬时速度相同。
典例剖析　　　　图1是用打点计时器测小车瞬时速度时得到的一条纸带的一部分，从0点开始按照打点的先后依次标为0,1,2,3,4,5,6…现在量得0、1间的距离x1＝5.18 cm，1、2间的距离x2＝4.40 cm,2、3间的距离x3＝3.62 cm，3、4间的距离x4＝2.78 cm,4、5间的距离x5＝2.00 cm，5、6间的距离x6＝1.22 cm。(每0.02 s打一次点)
(1)在实验中，使用打点计时器时应先___________再___________　(填“释放纸带”或“启动电源”)。(2)根据上面的记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时小车的速度值并填在表中。
(3)根据(2)中表格，在图2中画出小车的速度—时间图像，并说明小车速度变化的特点。
(3)描点并连线得小车的速度—时间图像，如图所示，由图像可知，小车速度逐渐减小。答案：(3)见解析
思维升华：作图像的规范要求(1)明确坐标轴的意义并选取合理标度，既要把数据标注在图像上，又要匀称直观。(2)图像中的点要用平行于坐标轴的虚线形象直观地表示出其位置。(3)如果图像是直线，要求尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧。(4)如果图像是曲线，物体在各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，观察描出的点的分布特点，然后用平滑的曲线表示出速度随时间变化的规律，这一过程称为“拟合”。
　　　　　　　　(2022·翁牛特旗乌丹高一月考)如图所示，用闪光灯照相的方法记录某同学的运动情况，若设定向右的方向为正方向，则下列图像能大体描述该同学运动情况的是(　　)
解析：由题图可以看出，该同学向左运动，故速度始终为负，在运动过程中，相邻位置间的距离先逐渐减小后逐渐增大，而频闪照相每次拍照的时间间隔相同，所以可知此人的速度先减小后增大，能大致反映该同学运动情况的速度—时间图像的是选项A中的图像。
2．利用频闪照相法计算物体的速度
频闪照相法是一种利用照相技术每间隔一定时间曝光，从而在胶片上形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间的像，从而记录物体每隔相等时间所到达的位置。通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。图中是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片示意图，照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间都是0.1 s，这样便记录了物体运动的时间。物体运动的位移则可以用尺子量出。与打点计时器记录信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源
的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点迹。因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息。至于求平均速度和瞬时速度，与分析打点计时器打出的纸带时所用的方法相同。
　　　　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，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图乙所示装置测量速度，图乙中MN是水平桌面，PQ是长1 m左右的木板，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与光电门连接的光电计时器没有画出。此外，在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤。让滑块d从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10－2 s和2.0×10－2 s，滑块d的宽度为0.5 cm。则滑块通过光电门1的速度v1＝_________m/s，滑块通过光电门2的速度v2＝___________m/s。
核心素养　科学思维数据处理的规范要求1．处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔T。2．明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。3．如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。
一、测量纸带的平均速度和瞬时速度1．(2023·湖南益阳高一校联考期末)如图所示，图1是电磁打点计时器的示意图，图2是该打点计时器在某次实验中打出的纸带，则以下说法中正确的是(　　)
A．该打点计时器应接在直流电源上B．纸带上两点间的时间间隔为0.02 sC．当打点计时器正常工作时，纸带上点迹越密的地方表示纸带的运动速度越大
2．在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学使用50 Hz的交流电源利用电火花计时器选出了一条清晰的纸带，如图所示，是小车拖动纸带用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为我们在纸带上所选的计数点，相邻两个计数点之间还有四个点没画。试求BD的平均速度vBD＝______________m/s；E点的瞬时速度vE＝______________m/s(结果保留3位有效数字)。
二、速度—时间图像3．如图是物体运动的v－t图像，其中哪一个在现实生活中是不可能存在的(　　)解析：物体在同一时刻不能有两个速度，所以A、B、C是可能存在的，D不可能存在。