河南省焦作市沁阳一中高中物理 第一章第四节 实验 用打点计时器测速度同步练习 新人教版必修1(1).docVIP

实验：用打点计时器测速度一、实验目的1练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(xat2)3测定匀变速直线运动的加速度二、实验原理1打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点(2)工作条件(3)纸带上点的意义：表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔2利用纸带判断物体运动状态的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、，若v2v1v3v2v4v3，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即a.(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4，若xx2x1x3x2x4x3，则说明物体在做匀变速直线运动，且xat2.3速度、加速度的求解方法(1)“逐差法”求加速度：如图1所示的纸带，相邻两点的时间间隔为t，且满足x6x5x5x4x4x3x3x2x2x1，即a1，a2，a3，然后取平均值，即，这样可使所给数据全部得到利用，以提高准确性图1(2)“平均速度法”求速度：得到如图2所示的纸带，相邻两点的时间间隔为t，n点的瞬时速度为vn.即vn.图2(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出vt图象，直线的斜率即加速度三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片四、实验步骤1仪器安装(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面实验装置见图3所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行图32测量与记录(1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即t0.1 s正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度(4)增减所挂钩码数，再重复实验两次3数据处理及实验结论(1)由实验数据得出vt图象图4根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图4 所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图象，它是一条倾斜的直线图5(2)由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律，有两条途径进行分析分析图象的特点得出：小车运动的vt图象是一条倾斜的直线如图5所示，当时间增加相同的值t时，速度也会增加相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化通过函数关系进一步得出：既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成“线性关系”，小车的速度随时间均匀变化五、注意事项1交流电源的电压及频率要符合要求2实验前要检查打点计时器打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸3开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器4先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源5要区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔为t0.025 s0.1 s.6小车另一端挂的钩码个数要适当，避免因速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集7选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚相邻计数点间所选的时间间隔t.8测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差考点一完善实验步骤例1在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误的步骤有_a拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源b将打点计时器固定在平板上，并接好电源c把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上合适的钩码d取下纸带e将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动f将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔_将以上步骤完善并填写在横线上(遗漏的步骤可编上序号g、h)；实验步骤的合理顺序为：_.考点二纸带数据的处理例2(2010广东理综34(1)如图6是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带图6(1)已知打点计时器电源频率为50 hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_(2)abcd是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出a、b两点间距x_；c点对应的速度是_(计算结果保留三位有效数字)图7例3某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关 系，设计实验装置如图7.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架 在一物块上在平板上标出a、b两点，b点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；用直尺测量a、b之间的距离s，a点到水平桌面的垂直距离h1，b点到水平桌面的垂直距离h2；将滑块从a点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t；重复步骤数次，并求挡光时间的平均值；利用所测数据求出摩擦力ff和斜面倾角的余弦值cos ；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤，作出ffcos 关系曲线(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g)；斜面倾角的余弦cos _；滑块通过光电门时的速度v_；滑块运动时的加速度a_；滑块运动时所受到的摩擦阻力ff_.(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图8所示，读得d_.图8第四节 实验：用打点计时器测速度1电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上无需测量直接得到的物理量是()a时间间隔b位移 c平均速度 d瞬时速度2接通电源与释放纸带让纸带(随物体)开始运动，这两项操作的时间顺序是()a先接通电源，后释放纸带b先释放纸带，后接通电源c释放纸带的同时接通电源d先接通电源或先释放纸带都可以3关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中不正确的是()a点迹均匀，说明纸带做匀速运动b点迹变稀，说明纸带做加速运动c点迹变密，说明纸带做加速运动d相邻两点间的时间间隔相等4打点计时器所用的电源是50 hz的交流电，其相邻点间的时间间隔是t，若纸带上共打出n个点，这条纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是()at0.1 s，tnt bt0.05 s，t(n1)tct0.02 s，t(n1)t dt0.02 s，tnt5一位同学在用打点计时器做实验时，纸带上打出的不是圆点，而是如图148所示的一些短线，这可能是因为()图148a打点计时器错接在直流电源上 b电源电压不稳定c电源的频率不稳定 d振针压得过紧6在实验中，某同学得到一条打点清晰的纸带，如图149所示，要求测出d点的瞬时速度本实验采用包含d点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表d点的瞬时速度，已知交流电源的频率为50 hz，下列几种方法中最准确的是()图149a.vd，t10.12 s b.vd，t20.06 sc.vd，t30.1 s d.vd，t40.04 s7打点计时器所用电源的频率为50 hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图1410所示，纸带在a、c之间的平均速度为_m/s，在a、d之间的平均速度为_m/s，b点的瞬时速度更接近于_m/s.图14108在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图1411给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点测得x11.40 cm，x21.90 cm，x32.38 cm，x42.88 cm，x53.39 cm，x63.87 cm.那么：图1411(1)在计时器打出点4时，求小车的速度(2)在平面直角坐标系中作出速度时间图象，并分析小车的速度如何变化答案1解析：选a.时间间隔可以通过数纸带上所打点的个数得出，故a正确位移需通过测量纸带上所打点间的距离得出，故b错误而平均速度和瞬时速度都是依据实验测量数据通过计算得出的，c、d错误2答案：a3解析：选c.打点计时器的振针打点的频率一定(50 hz)，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密4解析：选c.电源频率f50 hz，则相邻点间的时间间隔t s0.02 s，纸带上共打出n个点，则有(n1)个时间间隔，即t(n1)t，c正确5解析：选d.当打点计时器振片与一端的振针与复写纸的距离过大时，振针可能打不着复写纸，我们可能看到时有时无的点迹，也可能完全没有点迹当振针距离复写纸间隙过小，每一个打点周期内振针就会有一段较长时间接触并挤压在复写纸上，这样所打出的点就变成了一段一段的小短线所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸的距离是否适中，否则就要做适当调整6解析：选d.求d点的瞬时速度，最准确的应是用包含该点且与该点相邻的两点之间的平均速度来表示又ce间的时间间隔应为0.04 s，d正确7解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s.ac间的距离为14 mm0.014 m，ad间的距离为25 mm0.025 m.由公式v得：vacm/s