人教版 (2019)必修第一冊(cè)3 位置變化快慢的描述——速度優(yōu)秀第2課時(shí)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

科學(xué)思維：
1.了解兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理,會(huì)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2.會(huì)用速度—時(shí)間圖像表示速度,掌握描點(diǎn)作圖的方法,會(huì)根據(jù)圖像描述物體速度的變化情況。
科學(xué)探究：
1.理解根據(jù)紙帶測(cè)量速度的原理并會(huì)測(cè)量瞬時(shí)速度。
2.掌握科學(xué)探究的一般過(guò)程。
兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
二、平均速度和瞬時(shí)速度的測(cè)量
1．如圖1所示為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶示意圖，D、G間的時(shí)間間隔Δt＝0.1 s，用測(cè)出D、G間的位移Δx，則D、G間的平均速度v＝eq \f(Δx,Δt).
圖1
2． (填“D、F間”或“D、G間”)的平均速度更接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度．
三、練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
1.實(shí)驗(yàn)器材
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、紙帶、、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙片、低壓交變電源(頻率是50 Hz,電火花計(jì)時(shí)器使用220 V交變電源,頻率也為50 Hz)。
2.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上,紙帶穿過(guò) ,把復(fù)寫(xiě)紙?zhí)自诙ㄎ惠S上,并且壓在紙帶上面。
(2)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到低壓交變電源上。
(3)接通電源開(kāi)關(guān),用手水平拉動(dòng)紙帶,使它在水平方向運(yùn)動(dòng),紙帶上就打下一系列點(diǎn)。隨后立即電源。
(4)取下紙帶,從能看得清的某個(gè)點(diǎn)(起始點(diǎn))開(kāi)始,往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn),如果共有n個(gè)點(diǎn),那么n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為n-1,則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt=
s。
(5)用測(cè)量出從起始點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)間的距離Δx。
(6)利用公式v= 計(jì)算出紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的。
(7)用刻度尺測(cè)量的兩點(diǎn)間的距離,計(jì)算出平均速度,用來(lái)替代該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
3.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
(1)實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好,以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng),并要先輕輕試?yán)垘?應(yīng)無(wú)明顯的阻滯現(xiàn)象。
(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí),應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后,再拉動(dòng)紙帶。
(3)手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些,以防點(diǎn)跡太密集。
(4)使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí),應(yīng)注意把紙帶正確穿好,墨粉紙盤(pán)位于紙帶上方;使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),應(yīng)讓紙帶穿過(guò)限位孔,壓在復(fù)寫(xiě)紙下面。
(5)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),如打出點(diǎn)較輕或是短線,應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫(xiě)紙的高度。
(6)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長(zhǎng)時(shí)間,打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。
4.誤差分析
(1)利用平均速度來(lái)代替運(yùn)動(dòng)物體在某計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移Δx來(lái)求平均速度。
(2)分段測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移會(huì)帶來(lái)誤差。減小此誤差的方法是一次測(cè)量完成,即一次測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離,再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。
(3)作圖時(shí),描點(diǎn)、連線存在偶然誤差,為減小誤差,應(yīng)選取合適的坐標(biāo)單位,利用坐標(biāo)紙作圖。
三、速度－時(shí)間圖像
1．速度－時(shí)間圖像(v－t圖像)
以為橫軸，以為縱軸，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用把這些點(diǎn)連接起來(lái)，即得到物體運(yùn)動(dòng)的v－t圖像．
2．v－t圖像的意義
v－t圖像非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況，但它不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡．
四、速度－時(shí)間圖像
1．v－t圖像的物理意義
反映做直線運(yùn)動(dòng)的物體的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．
2．v－t圖像的應(yīng)用
(1)由圖像能看出每一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度．
(2)由圖像判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)．
瞬時(shí)速度為正，說(shuō)明物體的運(yùn)動(dòng)方向與選定的正方向相同；瞬時(shí)速度為負(fù)，說(shuō)明物體的運(yùn)動(dòng)方向與正方向相反．
如圖4，若圖線平行于t軸，說(shuō)明物體做勻速運(yùn)動(dòng)；若圖線是傾斜的直線，說(shuō)明物體做變速運(yùn)動(dòng)．
圖4
如圖線1，物體沿正方向做勻速運(yùn)動(dòng)；
如圖線2，物體沿負(fù)方向做勻速運(yùn)動(dòng)；
如圖線3，物體沿正方向做加速運(yùn)動(dòng)；
如圖線4，物體沿負(fù)方向做加速運(yùn)動(dòng)．
(1)兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源都是220 V的交變電源。( )
(2)使用50 Hz的交變電源,則兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔都是0.02 s。 ( )
(3)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí),應(yīng)先接通電源,待計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后再拉動(dòng)紙帶。 ( )
一、根據(jù)紙帶求解物體的運(yùn)動(dòng)速度
知識(shí)深化
1.根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)求平均速度
如圖所示,將打好點(diǎn)的紙帶從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開(kāi)始,往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn),比如共數(shù)出n個(gè)點(diǎn),用刻度尺測(cè)出第1個(gè)點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)的距離Δx,并算出這n個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔,則平均速度 ,其中T=0.02 s。
2.粗略計(jì)算瞬時(shí)速度
當(dāng)一段位移Δx對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt很小時(shí),我們可用這段時(shí)間內(nèi)的平均速度來(lái)表示Δt中某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度。如圖所示, 可以大致表示C點(diǎn)的瞬時(shí)速度,即vC= ,A、B兩點(diǎn)離C點(diǎn)越近,算出的平均速度越接近于C點(diǎn)的瞬時(shí)速度。然而A、B兩點(diǎn)距離過(guò)小時(shí),測(cè)量誤差會(huì)增大,所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)。
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小安所選紙帶部分如圖乙所示,A、B、C、D、E、F、G為在紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,電源頻率仍為50 Hz,則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 s,根據(jù)D、G兩點(diǎn)間的位移Δx和所用時(shí)間Δt,可以算出紙帶在這兩點(diǎn)間的平均速度 ,用這個(gè)平均速度就可以代表紙帶在打下E點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度,則由此方法求得打下E點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v= m/s。
1.確定時(shí)間:確定時(shí)間時(shí)注意相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)及打點(diǎn)周期。
2.確定位移:確定位移時(shí)注意起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。
3.計(jì)算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí),用包含該點(diǎn)的較短時(shí)間內(nèi)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度。
針對(duì)訓(xùn)練1 (2023河北高碑店高一月考)某同學(xué)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)中,得到如圖所示的紙帶,該同學(xué)所用電源的頻率為40 Hz。在紙帶上從A點(diǎn)開(kāi)始依次取了B、C、D、E、F、G六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),且每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有3個(gè)點(diǎn)未畫(huà)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)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔 s。
(2)小車(chē)經(jīng)過(guò)AF段的平均速度是 m/s(結(jié)果保留兩位小數(shù))。
(3)根據(jù)C、E兩點(diǎn)間的位移和所用時(shí)間,求得小車(chē)經(jīng)過(guò)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度是 m/s(結(jié)果保留兩位小數(shù))。
二、v-t圖像
知識(shí)深化
1.v-t圖像反映了物體的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。根據(jù)v-t圖像可以讀出物體在某時(shí)刻的速度或物體的某一速度所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。
2.判斷運(yùn)動(dòng)方向。根據(jù)速度的正、負(fù)判斷運(yùn)動(dòng)方向,速度為正,表示物體沿正方向運(yùn)動(dòng);速度為負(fù),表示物體沿負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。
例2 如圖所示是一條利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,0、1、2、3、4、5、6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫(huà)出,測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz,求出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度并畫(huà)出v-t圖像。
針對(duì)訓(xùn)練2 (多選)(2023黑龍江高一期中)一物體做直線運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖像如圖所示,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.BC段和CD段的運(yùn)動(dòng)方向相反
B.CD段和DE段的運(yùn)動(dòng)方向相反
C.物體在D點(diǎn)速度為零,此后運(yùn)動(dòng)方向改變
D.AB段物體靜止
1、(多選)做直線運(yùn)動(dòng)的物體，其v－t圖像如圖所示，下列判斷正確的是( )
A．物體在1 s末改變運(yùn)動(dòng)方向
B．物體在前3 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變
C．物體在3 s末運(yùn)動(dòng)方向改變
D．物體在2 s時(shí)的速度大小為2 m/s
2、(v-t圖像)(多選)某同學(xué)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)所得出的v-t圖像如圖所示,對(duì)其物理意義敘述正確的是( )
A.在0~6 s內(nèi),物體以2 cm/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)
B.在0~0.12 s內(nèi)物體的平均速度為2 cm/s
C.在0.12~0.16 s內(nèi),物體的速度由2 cm/s增加到4 cm/s
D.從8 s初開(kāi)始,物體以8 cm/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)
3.(根據(jù)紙帶求解物體的運(yùn)動(dòng)速度)(2023山東淄博高一月考)(1)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定物體的速度,當(dāng)電源的頻率低于50 Hz時(shí),如果仍按50 Hz的時(shí)間間隔打點(diǎn)來(lái)計(jì)算,則測(cè)出的速度值將比物體真實(shí)的速度值 (選填“偏大”或“偏小”)。
(2)(多選)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50 Hz,其相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是T,若紙帶上共打出N個(gè)點(diǎn),紙帶上共記錄的時(shí)間為t,則( )
A.T=0.1 s B.T=0.02 s C.t=(N-1)T D.t=NT
(3)(多選)我們可以從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上直接得到的物理量是( )
A.時(shí)間間隔B.位移C.瞬時(shí)速度D.平均速度
4.(根據(jù)紙帶求解物體的運(yùn)動(dòng)速度)(2023湖北十堰高一月考)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶如圖所示,圖中相鄰的點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接50 Hz的交流電源。
(1)ae段的平均速度為 m/s。
(2)d點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度約為 m/s。
考點(diǎn)一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
1.(2023河北衡水高一月考)(1)如圖所示,一個(gè)人右手拿一支彩色畫(huà)筆,另一個(gè)人拉動(dòng)一條寬約1 cm的長(zhǎng)紙帶,使紙帶在筆下沿著直線向前移動(dòng)。每隔1 s用畫(huà)筆在紙帶上點(diǎn)一個(gè)點(diǎn),這樣,就做成了一臺(tái)簡(jiǎn)單的“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”。由實(shí)驗(yàn)可知,紙帶速度越大,相鄰兩點(diǎn)的距離越 (選填“遠(yuǎn)”或“近”),紙帶的速度對(duì)相鄰兩點(diǎn)所表示的時(shí)間 (選填“有”或“沒(méi)有”)影響。
(2)小張用同一個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在固定頻率下,測(cè)量小車(chē)?yán)瓌?dòng)紙帶甲、乙、丙、丁的運(yùn)動(dòng)速度,每次小車(chē)都是自右向左運(yùn)動(dòng),四段紙帶的長(zhǎng)度都相同,如圖所示,則下列敘述正確的是。
A.紙帶甲打點(diǎn)均勻,表示小車(chē)是勻速運(yùn)動(dòng)的
B.紙帶乙顯示的平均速度與紙帶甲的相同
C.紙帶丙表示的小車(chē)的運(yùn)動(dòng)是先快后慢
D.紙帶丁表示的小車(chē)的運(yùn)動(dòng)是先慢后快
2.(2023山西太原高一期中)在用手拖動(dòng)紙帶,測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度時(shí),打出如圖所示的一條紙帶,所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用頻率為50 Hz的電源。
(1)可以判斷,下列說(shuō)法正確的是 ;
A.紙帶做加速運(yùn)動(dòng)
B.紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)
C.紙帶做減速運(yùn)動(dòng)
D.紙帶在1點(diǎn)的速度小于在3點(diǎn)的速度
(2)在計(jì)算A~F間的平均速度時(shí),下列做法正確的是 ;
A.用AF間距除以0.1 s
B.用BE間距除以0.06 s
C.用AC間距除以0.04 s
D.用CD間距除以0.02 s
3.(2023海南高一月考)像打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣,數(shù)字計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器,其結(jié)構(gòu)如圖甲所示。a、b分別是光電門(mén)的激光發(fā)射和接收裝置,當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)時(shí),數(shù)字計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間。現(xiàn)有一放在氣墊導(dǎo)軌上的滑塊通過(guò)光電門(mén),如圖乙所示,用最小刻度為1 mm的刻度尺測(cè)量滑塊上擋光片的寬度d,示數(shù)如圖丙所示。
丙
(1)讀出擋光片的寬度為d= cm。
(2)滑塊在牽引力作用下通過(guò)光電門(mén),數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了它通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t=1.0×10-3 s,由公式v= ,可得到滑塊通過(guò)光電門(mén)的速度為 m/s。
考點(diǎn)二 v－t圖像
4.(2023浙江杭州期中)做直線運(yùn)動(dòng)的物體,其v-t圖像如圖所示,下列判斷正確的是( )
A.物體在1 s末運(yùn)動(dòng)方向改變
B.物體在3 s末運(yùn)動(dòng)方向改變
C.物體在1 s時(shí)離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)
D.物體在2 s時(shí)的速度與4 s時(shí)的速度相同
5.(2023重慶高一期中)某探究小組用手機(jī)和帶刻度的玻璃筒等器材研究金屬小球在水中豎直下落的速度變化情況。用手機(jī)拍攝功能記錄小球在水中由靜止釋放后位置隨時(shí)間的變化,每0.02 s拍攝一張照片。
(1)取某張照片中小球的位置為0號(hào)位置,然后依次每隔4張照片標(biāo)記一次小球的位置,則相鄰標(biāo)記位置之間的時(shí)間間隔是 s。
(2)測(cè)得小球位置x隨時(shí)間t的變化曲線如圖所示。由圖可知,小球在0.05~0.40 s時(shí)間段內(nèi)的平均速度的大小 (選填“大于”“等于”或“小于”)0.40~0.65 s時(shí)間段內(nèi)的平均速度的大小。
6.利用如圖所示裝置測(cè)量滑塊的速度,圖中MN是水平桌面,1和2是固定在木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門(mén),與之連接的兩個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出。實(shí)驗(yàn)時(shí),讓滑塊從木板的頂端滑下,光電門(mén)1、2各自連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.0×10-2 s和4.0×10-3 s,滑塊的寬度d=1.010 cm。
(1)滑塊通過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1= m/s,通過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2= m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
(2)由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值,它們實(shí)質(zhì)上是滑塊通過(guò)光電門(mén)1和2時(shí)的 ,要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值,可將滑塊的寬度 (選填“增加”或“減小”)一些。
7.(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都是使用 (選填“直流”或“交變”)電源的儀器,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓是 V,電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是 V,當(dāng)電源頻率是50 Hz時(shí),它每隔 s打一次點(diǎn)。
(2)下面兩圖為某同學(xué)在做練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)時(shí)獲得的兩條紙帶:
兩圖中做變速直線運(yùn)動(dòng)的是。
(3)用電火花計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)時(shí),操作的合理順序應(yīng)是。
A.先接通電源,再用手牽動(dòng)紙帶
B.先用手牽動(dòng)紙帶,后接通電源
C.接通電源的同時(shí)用手牽動(dòng)紙帶
(4)某次實(shí)驗(yàn)中得到一條如圖所示的紙帶,圖中前幾個(gè)點(diǎn)模糊,紙帶上相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)畫(huà)出,計(jì)時(shí)器打點(diǎn)頻率為50 Hz。則從打A點(diǎn)到打D點(diǎn)共歷時(shí) s,從A點(diǎn)到D點(diǎn)紙帶的平均速度是 m/s。
比較項(xiàng)
電火花計(jì)時(shí)器
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
結(jié)構(gòu)圖示

打點(diǎn)方式
周期性產(chǎn)生電火花
振針周期性上下振動(dòng)
電源頻率為50 Hz時(shí)打點(diǎn)周期
s
0.02 s
記錄信息
位移、

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