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1、 最新人教版必修一《實驗：用打點計時器測速度》學(xué)案 1.4 實驗：用打點計時器測速度（學(xué)案） 蓬私高一物理組 2011/9/13 班級 姓名 一、考點自學(xué) 一、實驗原理 1． 兩種打點計時器 ( 電磁打點計時器和電火花計時器 ) 在接通 50 Hz 的交流電源時 ,打 點時間間隔都是 0.02 s. 2．當(dāng)紙帶跟運動物體連在一起時 ,打點計時器打在紙帶上的點就相應(yīng)地表示出物體在 不同時刻的位置 ,紙帶上各點之間的間隔就表示相應(yīng)時間間隔中物體的位移 ,根據(jù)平均速度的 Δx Δx 定

2、義式 v ＝ ,當(dāng) Δt很短時 ,可以認(rèn)為 等于 t 時刻的瞬時速度． Δt Δt 二、實驗器材 打點計時器 (電磁打點計時器或電火花計時器 )、紙帶、刻度尺、交流電源、導(dǎo)線等． 兩種打點計時器的比較： 電磁打點計時器 電火花計時器 電源種類 6V 以下低壓交流電源 220 V 交流電源 打點頻率 打點時間間隔 0.02 s、 打點時間間隔 0.02 s、 頻率 50Hz 頻率 50Hz 打點方式 振針通過復(fù)寫紙在紙帶上打點 火花放電使墨粉在紙帶上成點 阻力來源 紙帶與限位孔的摩擦； 紙帶與限位孔的摩

3、擦； 振針與紙帶打點接觸時的摩擦 摩擦阻力比電磁打點計時器小 電火花計時器比電磁打點計時器更精確 ,實驗誤差小。 三、實驗步驟 1．把電磁打點計時器固定在桌子上 , 讓紙帶穿過限位孔 , 壓在復(fù)寫紙的下面． 2．把電磁打點計時器的兩個接線柱用導(dǎo)線分別與電源的接線柱相連接． 3．打開電源開關(guān) , 用手水平地拉動紙帶使它在水平方向上運動 , 紙帶上就打下了一系列 點． 4．關(guān)閉電源 , 取下紙帶 , 從能看得清的某個點數(shù)起 , 數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點 , 如果共 有 n 個點 , 那么點的間隔數(shù)為 n－ 1 個 , 紙帶的運動時間 t

4、＝ 0.02(n － 1) 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 x. 6．利用公式 v ＝ x, 計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度． t 7．從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶 , 舍掉開始一些比較密集的點 , 在后面便于測 量的地方找一個開始點 , 以后依次每五個點取一個計數(shù)點 , 并標(biāo)明 A、 B、 C、D? , 如圖所示 , 測出 O到 A、 A 到 B、 B 到 C?之間的距離 x1、 x2、 x3?. 四、數(shù)據(jù)處理 1．表格法 T,則 A 、B 、 C、 D?各點的瞬時速度分

5、別為： 打點計時器打點的周期為 x1＋ x2 x2＋ x3 x3＋ x4 x4＋ x5 ? vA ＝ 、 vB＝ 、 vC＝ 2T ,vD＝ 2T 2T 2T 把數(shù)據(jù)填入下表 ,根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運動。 1 / 5 位置編號 1 2 3 4 5 6 (Xn +Xn+1)/m v/(m/s) 2． 圖象法 (1)圖象的描繪：以速度 v 為縱軸、時間 t 為橫軸 ,在方格紙上建立直角坐標(biāo)系．根據(jù)測 得的速度值在坐標(biāo)

6、系中描點 ,然后用平滑的曲線將這些點連接起來 ,就得到了一條能夠描述紙帶運動的速度 v 與時間 t 關(guān)系的圖象．稱為速度 — 時間圖象 ,簡稱速度圖象 ,即 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 ,它并不是物體運動的軌跡． (3)v-t 圖象中反映的物理量 ①任一時刻瞬時速度的大小。 ②速度的方向。速度為正 ,表示物體沿規(guī)定的正方向運動 , 速度為負(fù) ,表示物體沿規(guī)定的正方向的反方向運動． ③從 v-t 圖象上可以直觀的看出速度隨時間的變化情況 ④勻速直線運動的圖象是一條平行于 t 軸的直線

7、 五、注意事項和誤差分析（略） 二、典例分析： 題型一、打點計時器的原理及使用 例 1、電磁打點計時器是一種使用 ___________電源的計時儀器 ,它的工作電壓為 ________, 當(dāng)電源頻率為 50 Hz 時,它每隔 ________s 打一次點．使用電磁打點計時器時 ,應(yīng)將紙帶穿過 ______,復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上 ,并要放在紙帶的 ________面；應(yīng)把 __________電源用導(dǎo)線接在 接線柱上；打點時應(yīng)先 ________,再讓紙帶運動． 題型二、紙帶的測量、分析和計算 例 2、 如圖所示為某次實驗時打出的紙帶 ,打點

8、計時器每隔 0.02 s 打一個點 ,圖中 O 點為第一 個點 ,A 、B 、C、 D 為每隔一點選定的計數(shù)點．根據(jù)圖中標(biāo)出的數(shù)據(jù) ,紙帶上 A 、 C 兩點對應(yīng) 的時間為 ______s,紙帶在 A 、 D 間的平均速度為 ______cm/s, 打 B 點時紙帶的瞬時速度為 ______cm/s,你能求出打 O、 D 點時間內(nèi)紙帶的平均速度嗎？為什么？答： ____ ______ _____. 變式練習(xí)： 打點計時器所用電源的頻率為 50 Hz,某次實驗中得到的一條紙帶 ,用毫米刻度尺測量情況如圖 145 所示 ,紙帶在

9、 A 、C 間的平均速度為 ________m/s, 在 A 、 D 間的平均速度 為 ________m/s,B 點的瞬時速度更接近于 ________m/s. 題型三、利用 v 一 t 圖象判斷物體的運動 例 3、 圖是甲、乙兩物體運動的速度圖象 ,下列說法正確的是 ( ) A ．物體甲處于靜止?fàn)顟B(tài) B．物體乙剛開始時以 5 m/s 的初速度與甲物體同向運動 C．物體甲在最初 3 s 內(nèi)的位移為 30 m D．物體乙的運動方向在 1 s 時發(fā)生變化 變式練習(xí) ：某物體的 vt 圖象如右圖所示 ,則該物體 ( )

10、 2 / 5 A．做往復(fù)運動 B ．做勻速直線運動 C．朝某一方向做直線運動 D ．以上說法均不正確 三、堂堂清練習(xí)： 1 ．當(dāng)紙帶與運動物體連接時 ,打點計時器接通頻率恒定的電源 , 在紙帶上打出一系列點 跡．下列關(guān)于紙帶上點跡的說法中 ,正確的是 ( ) A ．點跡越密集 ,說明物體運動越快 B．點跡越密集 ,說明物體運動越慢 C．點跡越密集 ,說明振針打點越快 D．點跡越密集 ,說明振針打點越慢 2．一同學(xué)做實驗時 ,發(fā)現(xiàn)紙帶上打出的不是圓點 ,而是一些短線 ,這可能是 () A ．交流電壓

11、不穩(wěn)定 B ．打點計時器接在直流電源上 C．電源頻率不穩(wěn)定 D ．振針壓得過緊 3．質(zhì)點做勻速直線運動 ,從 O 點經(jīng)時間 t1 到達 A 點 ,如圖所示的圖象中 ,能正確表示該質(zhì)點 運動圖象的是 ( ) 四、日日清練習(xí) 1．接通電源與讓紙帶隨物體運動 ,這兩個操作的先后次序應(yīng)當(dāng)是 ( ) A ．先接通電源 ,后釋放紙帶 B ．先釋放紙帶 ,后接通電源 C．釋放紙帶的同時接通電源 D．先釋放紙帶或先接通電源都可以 2.電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器 ,根

12、據(jù)打點計時器打出的紙帶 ,我們不用公 式計算可以從紙帶上直接得到的物理量是（ ） A. 時間間隔 B.位移 C.瞬時速度 D.平均速度 3．利用打點計時器打出的紙帶 ( ) A ．能準(zhǔn)確地求出某點的瞬時速度 B ．能粗略地求出某點的瞬時速度 C．能準(zhǔn)確地求出某段時間內(nèi)的平均速度 D．可以任意地利用某段時間內(nèi)的平均速度代表某點的瞬時速度 4. 在一次實驗中 , 某同學(xué)不知道所使用的交流電源的實際頻率已超過 50 Hz, 那么 , 他計算出 來的瞬時速度值與真實值相比 ( ) A. 偏大 B. 偏小 C. 相等 D. 不能確定

13、 5．一枚小火箭由地面豎直向上發(fā)射時的速度 — 時間圖象如圖所示 ,則火 箭上升到最高點位置時對應(yīng)圖中的 ( ) A ． O 點 B ．A 點 C．B 點 D ．C 點 6．使用電火花打點計時器分析物體運動情況的實驗中： (1)在如下基本步驟中 ,正確的排列順序為 ________． A ．把電火花打點計時器固定在桌子上 B ．安放紙帶 C．松開紙帶讓物體帶著紙帶運動 D ．接通 220 V 交流電源 E．按下脈沖輸出開關(guān) ,進行打點 (2) 在安放紙帶時 ,要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在 ________上 ,還要檢查 ______

14、__ 是否夾在紙帶之間． 7． 當(dāng)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(guān)于紙帶上點跡的說法 3 / 5 中正確的是 ( ) A ．點跡記錄了物體運動的時間 B．點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移 C．紙帶上點跡的分布情況反映了物體的質(zhì)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 8．在研究物體做初速度為零的直線運動的某次實驗中 ,紙帶的記錄如圖所示 ,圖中前幾個點 模糊 ,因此從 A 點開始每隔 4 個點取一個計數(shù)點 ,試根據(jù)紙帶求解以下問題： (

15、1)紙帶的哪一端與物體相連？ (2)相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少？ (3)BD 段對應(yīng)的平均速度是多大？ (4)打 C 點的瞬時速度大小？ 9．如圖所示 ,是一條利用打點計時器打出的紙帶 ,0、 1、 2、 3、 4、5、 6 是七個計數(shù)點 ,每相 鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出 ,各計數(shù)點到 0 的距離如圖所示． (1)求出 1、 2、 3、 4、5 各計數(shù)點的瞬時速度； (2) 畫出速度 —時間圖． ( 必須用鉛筆、直尺作圖 )

16、 1.4 實驗：用打點計時器測速度（學(xué)案）答案 例 1、交流 、 6V 以下 、 0.02s 、限位孔 、上 、低壓交流 、接通電源 例 2 、 0.08 、 231.25 、 212.50 、不能 變式練習(xí) 、 0.35 、 0.42 、 0.35 例 3 、 BC 變式練習(xí) 、 C 堂堂清 1、 B 2 、D 3、 BC 4 / 5 日日清 1、 A 2 、AB 3 、 BC 4、 B 5、 D 6、

17、ABDEC 、紙盤軸 、墨粉紙盤 7 、 ABD 8 、答案： (1)左端 (2)0.1 s (3)1.861 m/s (4)1.861 m/s 9 、（ 1） v1＝0.20 m/s, v 2＝ 0.40 m/s, v 3＝ 0.61 m/s, v4＝ 0.69 m/s, v5＝ 0.70 m/s. (2) 以 O 點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系．橫坐標(biāo)表示時間 ,縱坐標(biāo)表示速度．根據(jù)上 面計算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點 ,然后連線得到速度 —時間圖象如圖所示． 5 / 5