《（浙江專用）2018-2019高中物理 第一章 運動的描述 4 實驗 用打點計時器測速度學案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江專用）2018-2019高中物理 第一章 運動的描述 4 實驗 用打點計時器測速度學案 新人教版必修1（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 4　實驗：用打點計時器測速度 知識內容 用打點計時器測速度 考試屬性 √ 課時要求 1.知道電磁打點(電火花)計時器的構造及工作原理. 2.掌握打點計時器的使用方法，知道相鄰兩點間的時間間隔. 3.理解用平均速度表示瞬時速度所采用的思想方法，會計算瞬時速度，會借助傳感器測速度. 4.能用實驗數(shù)據(jù)描繪v－t圖象，并能根據(jù)圖象分析物體的運動. 一、打點計時器及其原理 電磁打點計時器 電火花計時器 結構示意圖 打點原理 電磁作用下振針上下周期性振動打點 脈沖電流經放電針、墨粉紙盤到紙盤軸放電打點 工作電壓 6 V以下低壓交流電源 220 V交

2、流電源 打點周期(電源 頻率為50 Hz) 0.02 s 0.02 s 阻力來源 紙帶與限位孔、復寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦 紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦，比前者小 功能 功能相同，都是計時儀器 二、練習使用打點計時器 1.實驗步驟 (1)把打點計時器固定在桌子上并穿好紙帶. (2)把打點計時器的兩個接線柱接到交流電源上(電磁打點計時器接6 V以下低壓交流電，電火花計時器接220 V交流電). (3)先接通電源開關，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點，隨后立即關閉電源. (4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么n個

3、點的間隔數(shù)為n－1個，則紙帶的運動時間Δt＝(n－1)×0.02 s. (5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到最后的點間的距離Δx. (6)利用公式v＝計算出紙帶在這段時間內的平均速度. 2.注意事項 (1) 打點前，應使物體停在靠近(填“靠近”或“遠離”)打點計時器的位置. (2) 打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶. (3)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應立即關閉電源. (4)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個計數(shù)點到起始點O之間的距離).讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位. 三、用打點計時器測量瞬

4、時速度 1.原理 紙帶上某一位置的瞬時速度，可以粗略地由包含這一位置在內的一小段位移Δx內的平均速度表示，即根據(jù)v＝，當Δt或Δx較小時，用這個平均速度代表紙帶經過該位置的瞬時速度. 如圖1所示，E點的瞬時速度可用D、F兩點間的平均速度代表，即vE＝. 圖1 2.數(shù)據(jù)處理 (1)測量：把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O，以后的點分別標上A、B、C、D……，如圖2所示，依次測出各點到O點的距離，再算出OA、AB、BC……的距離x1、x2、x3……. 圖2 (2)計算：若打點計時器打點的周期為T，則A、B、C、D……各點的瞬時速度分別為：vA＝、vB＝、vC＝、vD＝……

5、. (3)列表比較：把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運動速度的變化情況. 位置 A B C D E F G v/(m·s－1) 3.注意 (1)為了減小實驗誤差，A、B、C、D……不一定是連續(xù)計時點，比如可以每隔四個點選一個點(稱為計數(shù)點)，此時兩個計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s. (2)計算計數(shù)點的瞬時速度時，Δx、Δt應取此計數(shù)點前、后兩個計數(shù)點之間的位移和時間，即v＝. 四、用圖象表示速度 1.速度－時間圖象(v－t圖象) 用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標系.根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線

6、把這些點連接起來，即得到物體運動的v－t圖象. 2.v－t圖象的意義 v－t圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，但它不是(填“是”或“不是”)物體運動的軌跡. 例如，圖3所示是某質點做直線運動的v－t圖象. 圖3 由v－t圖象可知在0～4 s內速度隨時間不斷增大，表示質點做加速運動；在4～8 s內速度不隨時間變化，表示質點做勻速運動；在8～10 s內速度隨時間不斷減小，表示質點做減速運動.質點在t＝0時刻的速度為0.在5 s末的速度大小為15 m/s. 一、打點計時器的應用原理及操作 例1　使用打點計時器測量瞬時速度時應注意(　　) A.電火花計時器使用的電源是2

7、20 V的交流電源，電磁打點計時器使用的是直流6 V以下 B.使用打點計時器時應先拉動紙帶，再接通電源 C.使用打點計時器拉動紙帶時，拉動的方向可以不與兩限位孔平行 D.打點計時器只能連續(xù)工作較短時間，打點之后要立即關閉電源 答案　D 解析　電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電源，故A錯；實驗時應當先接通電源，再拉動紙帶，故B錯誤；為了減小摩擦，拉動紙帶的方向應當與限位孔平行，故C錯誤；打點計時器不能長時間連續(xù)工作，故D正確. 例2　當紙帶與運動物體連接時，打點計時器在紙帶上打出點跡，下列關于紙帶上點跡的說法中不正確的是(　　) A.點跡記錄了物體運動的時間 B.點跡記錄

8、了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移 C.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的質量和形狀 D.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況 答案　C 解析　打點計時器每隔一定的時間打下一個點，因而點跡記錄了物體運動的時間，也記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移；紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況，而不能反映物體的質量和形狀. 二、瞬時速度的計算和速度圖象的畫法 例3　打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測量的情況如圖4所示，紙帶在A、C間的平均速度為________m/s.在A、D間的平均速度為________m/s.B點的瞬時速度更

9、接近于________m/s.(結果保留兩位小數(shù)) 圖4 答案　0.35　0.42　0.35 解析　由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為0.02 s. A、C間的距離為14 mm＝0.014 m. A、C間對應的時間為0.02×2 s＝0.04 s. A、D間的距離為25 mm＝0.025 m. A、D間對應的時間為0.02×3 s＝0.06 s 由公式v＝得：vAC＝ m/s＝0.35 m/s，vAD＝ m/s≈0.42 m/s. B點的瞬時速度更接近于A、C間的平均速度. 例4　某同學在“用打點計時器測速度”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶

10、上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點.相鄰計數(shù)點間的距離如圖5所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，電源頻率為50 Hz.(本題計算結果均保留3位有效數(shù)字) 圖5 (1) 在實驗中，使用打點計時器時應先_______再________(填“釋放紙帶”或“接通電源”). (2) 每兩個計數(shù)點間還有________個點沒有標出. (3) 試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，每隔0.1 s測一次速度，計算出打下B、C、D三個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下表. vB vC vD vE vF 數(shù)值(m/s) 0.640 0.721

11、 (4)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標在圖6直角坐標系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖線. 圖6 答案　(1)接通電源　釋放紙帶　(2)4　(3)0.400 0.479　0.560　(4)見解析圖 解析　(1) 在實驗中，使用打點計時器時應先接通電源，再釋放紙帶. (2) 每兩個計數(shù)點間還有n＝－1＝－1＝4個點沒有標出. (3)vB＝ m/s＝0.400 m/s； vC＝ m/s＝0.479 m/s； vD＝ m/s≈0.560 m/s. (4)圖線如圖所示： 1.(練習使用打點計時器)(多選)在“用打點計時器測速度”的實驗中，除重物

12、(小車)、紙帶外，還需選用的儀器是(　　) A.秒表 B.刻度尺 C.速度計 D.交流電源 答案　BD 解析　由打點計時器在紙帶上打下的點的間隔數(shù)可知任意兩點間的時間間隔，故不需要秒表，選項A錯誤；再利用刻度尺測出兩點間的距離就可進一步求出平均速度，故不需要速度計而要使用刻度尺，選項B正確，C錯誤；打點計時器要使用交流電源工作，選項D正確. 2.(練習使用打點計時器)(多選)在“用打點計時器測速度”的實驗中，若打點周期為0.02 s，下列說法正確的是(　　) A.先接通電源，后拉動紙帶 B.先拉動紙帶，后接通電源 C.電火花計時器使用6 V以下的交流電源 D.連續(xù)n個

13、計時點間的時間間隔為(n－1)×0.02 s 答案　AD 解析　使用打點計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶，A正確，B錯誤；電火花計時器的工作電壓是220 V交流電，C錯誤；每相鄰的兩個計時點間的時間間隔為0.02 s，連續(xù)n個計時點間有n－1個時間間隔，故時間為(n－1)×0.02 s，D正確. 3.(運動時間的計算)打點計時器所用的電源是50 Hz的交流電，其相鄰點間的時間間隔為T，若紙帶上共打出N個點，這條紙帶上記錄的時間間隔為t，則下列各式正確的是(　　) A.T＝0.1 s，t＝NT B.T＝0.05 s，t＝(N－1)T C.T＝0.02

14、s，t＝(N－1)T D.T＝0.02 s，t＝NT 答案　C 解析　電源頻率f＝50 Hz，則相鄰點間的時間間隔T＝＝ s＝0.02 s，紙帶上共打出N個點，則有N－1個時間間隔，即t＝(N－1)T，C正確. 4.(瞬時速度的計算)如圖7所示裝置可測出氣墊導軌上滑塊的速度.已知固定在滑塊上的遮光條的寬度為0.60 cm，遮光條經過光電門的遮光時間為0.02 s，則遮光條經過光電門的平均速度大小為(　　) 圖7 A.0.20 m/s B.0.30 m/s C.0.60 m/s D.3.0 m/s 答案　B 5.(實驗操作)在用打點計時器研究小車在重物牽引下運動的

15、實驗中，某同學有如下操作步驟： A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，松開紙帶后再接通電源 B.將打點計時器固定在平板上沒有滑輪的一端，并接好電路 C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面懸掛適當?shù)你^碼 D.取下紙帶 E.放手，使小車在平板上運動 F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 其中錯誤的步驟是______，有遺漏內容的步驟是______，將以上步驟完善后以合理的順序排列為________. 答案　A　D　BFCAED 解析　合理的步驟如下： B.將打點計時器固定在平板上沒有滑輪的一端，并接好電路 F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限

16、位孔 C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面懸掛適當?shù)你^碼 A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，接通電源 E.放手，使小車在平板上運動 D.斷開電源，取下紙帶 6.(瞬時速度的測量)用氣墊導軌和數(shù)字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度.如圖8所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1＝0.29 s，通過第二個光電門的時間為Δt2＝0.11 s，已知遮光板的寬度為3.0 cm，則滑塊通過第一個光電門的速度為________，通過第二個光電門的速度為________. 圖8 答案　0.10 m/s　0.27 m

17、/s 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. 經過第一個光電門的速度v1＝＝ m/s≈0.10 m/s，經過第二個光電門的速度v2＝＝ m/s≈0.27 m/s. 7.(用圖象表示速度)如圖9所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后依次標為0、1、2、3、4、5、6，現(xiàn)在量得0、1間的距離x1＝5.18 cm,1、2間的距離x2＝4.40 cm,2、3間的距離x3＝3.62 cm,3、4間的距離x4＝2.78 cm,4、5間的距離x5＝2.00 cm,5、6間的距離x6＝1.2

18、2 cm.(f＝50 Hz) 圖9 (1)根據(jù)上面數(shù)據(jù)，計算打點計時器打1、2、3、4、5點時的速度并填在下表中.(計算結果在小數(shù)點后保留1位有效數(shù)字) 計數(shù)點 1 2 3 4 5 v/(m·s－1) (2)根據(jù)(1)中表格，在圖10中畫出小車的速度－時間圖象，并說明小車速度變化特點. 圖10 答案　見解析 解析　(1)由于電源頻率f＝50 Hz，所以打點計時器的打點時間間隔T＝0.02 s，v1＝≈1.2 m/s；v2＝≈1.0 m/s；v3＝＝0.8 m/s；v4＝≈0.6 m/s；v5＝≈0.4 m/s. 計數(shù)點 1 2 3 4 5 v/(m·s－1) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 (2) 如圖所示 通過速度－時間圖象可以看出小車的速度隨時間在均勻減小. 10