高一物理第三节 第四节人教实验版知识精讲
高一物理第三节 第四节人教实验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
第三节 运动快慢的描述——速度 第四节 实验：用打点计时器测速度
二. 知识要点
1. 理解速度的概念。知道速度是表示物体运动快慢的物理量，知道它的含义、公式、符号和单位，知道它是矢量。记住匀速直线运动中速度的计算公式，能用公式解决有关问题。 2. 理解平均速度，知道瞬时速度的概念。会求某段时间内的平均速度。 3. 知道速度和速率以及它们的区别。 4. 学习使用打点计时器。
5. 学会使用打点计时器测平均速度。体会测瞬时速度的方法。在实验过程中，掌握正确的方法，结果要符合实验事实。
6. 会用图象表示速度随时间变化的规律。
三. 重点、难点解析
第三节 运动快慢的描述——速度
（一）坐标与坐标变化量
当质点沿一条直线运动时，我们可以以这条直线为x坐标轴，规定正方向，这样就可以用坐标x表示质点的位置。 用坐标的变化量表示质点的位移。用坐标变化量的正负表示位移的方向。
（二）速度
1. 定义：速度（velocity）v等于位移和发生这段位移所用时间的比值。 2. 公式：v??x 。 ?t 3. 单位：国际单位制中是米每秒 （m／s或m·s-1），常用单位还有千米每小时（km／h）、厘米每秒（cm／s）等。
4. 物理意义：速度是表示物体运动快慢的物理量。 5. 速度是矢量，不但有大小，而且有方向。
（三）平均速度和瞬时速度 1. 平均速度
（1）定义：在变速直线运动中，位移跟发生这段位移所用时间的比值叫做变速直线运动的平均速度（average velocity）。 （2）公式：v??x ?t （3）物理意义：粗略地描述物体运动的快慢。 2. 瞬时速度
（1）定义：物体在某一时刻或某一位置的速度叫做瞬时速度（instantaneous velocity）。 （2）物理意义：精确地描述物体运动的快慢。
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（四）速度和速率：瞬时速度的大小叫做速率（speed）。
注意：平均速度和瞬时速度的关系
1. 平均速度反映一段时间内物体运动的平均快慢程度，平均速度与一段位移或时间相对应，所取时间越短，描述物体的运动情况越精确。如果以某时刻（或位置）为中心选一小段时间（或位移）计算平均速度，当所选的时间（或位移）小到趋近零时，这一平均速度就等于该时刻（或位置）的瞬时速度，就能精确描述物体的运动快慢。
2. 瞬时速度与某一时刻或位置相对应，平均速度与一段位移（或时间）相对应。
3. 平均速度的大小与瞬时速度的大小无必然的联系，不能说某时刻的瞬时速度很大，则对应时间段的平均速度也很大。瞬时速度能精确描述物体的运动快慢。它是在运动时间?t→0时的平均速度。
①匀速运动的速度任何时刻都相等，所以，匀速运动的平均速度就是瞬时速度。 ②不管物体运动形式如何，物体的瞬时速度大小等于其瞬时速率。
［例题解析］
例1. 判断下列关于速度的说法，正确的是
A. 速度是表示物体运动快慢的物理量，它既有大小，又有方向。
B. 平均速度就是速度的平均值，它只有大小没有方向。
C. 汽车以速度v1经过某一路标，子弹以速度v2从枪口射出，v1和v2均指平均速度。 D. 运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，叫瞬时速度，它是矢量。
解析：速度的物理意义就是描写物体运动的快慢，它是矢量，有大小，也有方向，故A选项正确；平均速度指物体通过的位移和通过这段位移所用时间的比值，它描写变速直线运动的平均快慢程度，不是速度的平均值，它也是矢量，故B选项不对；C中v1、v2对应某一位置，为瞬时速度，故C不对；D为瞬时速度的定义，D正确。
答案：A、D
例2. 一个物体做直线运动，前一半时间的平均速度为v1，后一半时间的平均速度为v2，则全程的平均速度为多少？如果前一半位移的平均速度为v1，后一半位移的平均速度为v2，全程的平均速度又为多少？
解析：（1）设总的时间为2t，则
x1?v1t，x2?v2tx1?x2v1?v2 v??2t2（2）设总位移为2x，
x?v1t1,x?v2t22v1v2 2xv??t1?t2v1?v2
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第四节 实验：用打点计时器测速度
（一）实验目的
用打点计时器测速度
（二）实验器材
电磁打点计时器（或电火花计时器），木板， ， ， ， ，导线。
（三）实验原理
1. 电磁打点计时器
电磁打点计时器的构造如图所示，包含底座、接线柱、线圈、振片、振针、永久磁铁、限位孔、定位轴等部件。
电磁打点计时器是一种使用 的计时仪器，工作电压为 ，当接通电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，振针也就跟着上下振动。如果电源的频率为50Hz，振针就会通过复写纸每隔 在纸带上打出一个小点。 2. 电火花计时器
电火花计时器的构造如图甲所示，包含电源插头、脉冲输出插座、脉冲输出开关、压纸条、纸盘轴、墨粉纸盘等部件。
使用时， 套在纸盘轴上，并夹在两条白纸带之间，接通 交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发生的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电。当电源的频率是50Hz时，每隔 在纸带上打一个点。
电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。 打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。 3. 练习使用打点计时器
把打点计时器固定在桌子上，然后把纸带装好，先启动 ，然后用手水平 纸带，纸带上打出一行小点，然后立即 电源。 4. 用打点计时器测瞬时速度
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用打过点的纸带，如图。根据量出的A、D间的距离?x和时间间隔?t，算出A、D间的平均速度v??x。用这个速度代表纸带经过A点时的 ，如果?t再小一?t些（如A、C之间或A、B之间），用平均速度代表某点的瞬时速度会 。
5. 用图象表示速度
质点运动的速度可以用图象来表示。在平面直角坐标系中，用纵轴 表示速度，用横轴表示时间，将各个时刻的速度用 在坐标平面上表示出来。然后用 ，这就是速度一时间图象或v-t图象（ v一t graph）。
（四）实验步骤
1. 将打点计时器固定在桌子上。 2. 装好纸带，连接好电源。
3. 启动电源，用手水平拉纸带，打完点后立即关闭电源。 4. 重复3的步骤再打几条纸带。
5. 选一条点迹清晰的纸带，从某个点开始，标出几个（一般6—8个）点。
6. 计算所选各点对应的瞬时速度。读出所选各点到第一个点的时间间隔。将v、t值填入记录表格。 点 时刻 速度 A B C D E F G H 7. 建立速度一—时间图象，用一条平滑的曲线“拟合”所描各点。
（五）根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度
1. 在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s（电源频率为50Hz），所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小。 2. 根据v??x，求出在任意两点间的平均速度，这里?x为用直尺量出的两点间的距离，?t ?t为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积，这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。
（六）粗略计算瞬时速度
某点的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的两点间的平均速度来表示。如图所示，
vE?vDG或vE?vDF
说明 在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用v??x公式来求解。但须注意的是，如?t果取离E点越近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。
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（七）v?t图象与其画法
为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用图象来表示速度随时间的变化规律。
以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。
［例题解析］
例1. 打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了 A. 物体运动的时间
B. 物体在不同时刻的位置 C. 物体在不同时间内的位移 D. 物体在不同时刻的速度
解析：电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02s在纸带上打一个点。因此，根据打在纸带上的点迹，可直接反映物体的运动时间。因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置。虽然用刻度尺量出各点迹间的间隔，可知道物体在不同时间内的位移，再根据物体的运动性质可算出物体在不同时刻的速度，但这些量不是纸带上的点迹直接记录的。综上所述，正确的选项为AB。
答案：A、B
例2. 如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，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。
解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s。AC间的距离为14mm＝0.014m，AD间的距离为25mm=0.025m。 由公式v?vACvAD
?x得 ?t0.014?m/s?0.35m/s 2?0.020.025?m/s?0.42m/s 3?0.02答案：0.35 0.42 0.35
【模拟试题】
1. 甲、乙两质点在同一直线上匀速运动，设向右为正，甲质点的速度为+2m／s，乙质点的速度为-4m／s，则可知（ ）
A. 乙质点的速率大于甲质点的速率
B. 因为+2>-4，所以甲质点的速度大于乙质点的速度 C. 这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向
D. 若甲、乙两质点同时由同一点出发，则10s后甲、乙两质点相距60m
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