【创新设计】高中物理 1.4 实验：用打点计时器测速度学案 新人教版必修1.doc

4实验：用打点计时器测速度目标定位1.了解两种计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.3.会用图象表示速度随时间变化的规律一、了解打点计时器1作用及分类打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 hz时，它每隔0.02_s打一次点，打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移，供高中学生实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种2电磁打点计时器(1)工作电压：6_v以下的交流电源；(2)原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点3电火花计时器(1)工作电压：220_v交流电源；(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的静脉电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一行点迹4两种计时器误差比较电火花计时器使用中运动阻力极小，因而系统误差较小想一想：计时器打点时，计时器和纸带之间的摩擦会对物体的运动造成影响，用哪种打点计时器做实验时，实验误差更小呢？答案因为电火花打点计时器是靠电火花和墨粉来打点的，所以对纸带的运动带来的阻力很小，使系统误差更小二、用打点计时器测量平均速度根据v可求出任意两点间的平均速度，其中x是纸带上两点间的距离，t是这两点间的时间间隔想一想：如果纸带上的点迹分布不均匀，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？答案较小三、用打点计时器测量瞬时速度纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移x内的平均速度表示，即根据v，当t或x较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度如图141所示，e点的瞬时速度可用d、f两点间的平均速度代表，即ve.图141想一想：在上图中，用df段和dg段求出的平均速度，哪一个更接近e点的瞬时速度？答案因为当t或x较小时，求得的平均速度更接近某点的瞬时速度，所以df段求出的平均速度更接近e点的瞬时速度四、用图象表示速度速度时间图象(vt图象)：用来描述速度随时间变化关系的图象，图象上的点反映某一时刻的瞬时速度想一想：利用图象处理实验数据的好处是什么？答案用图象法处理数据更直观、更具体、更方便五、实验器材：电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、220 v交流电源(电磁打点计时器使用学生电源)、刻度尺、纸带、墨粉纸盘(复写纸)、导线、坐标纸一、实验步骤1了解电火花计时器的结构，然后把它固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把纸带放到墨粉纸盘的下面2把计时器接到220 v的交流电源上3接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源4取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点如果共有n个点，则用t0.02(n1) s计算出纸带的运动时间t.5用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离x，利用v计算纸带在这段时间内的平均速度把测量和计算的结果填入表中二、数据处理1利用打点计时器测量瞬时速度(1)取一条点迹清晰的纸带便于分析测量(2)从纸带上能看得清的某个点作为起始点o，以后的点分别标上a、b、c、d、，如图142所示，测出各点到o点的距离，算出oa、ab、bc、的距离x1、x2、x3、.图142打点计时器打点的周期为t.(3)a、b、c、d、各点的瞬时速度分别为va、vb、vc、vd、.把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动.图1432图象法表示速度(1)用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图143所示的vt图象(2)vt图象的意义vt图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它并不是物体运动的轨迹三、注意事项1使用电火花打点计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面2使用打点计时器时，应使物体停在靠近打点计时器的位置3使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定之后，再拉动纸带；打点之后应立即关闭电源4对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点o之间的距离)5区别计时点和计数点：计时点是打点计时器在纸带上打出来的点；计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点，一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点计数点一般不是从第一计时点开始的，而是选择点迹清晰、与相邻的计时点间距适中的点开始6区别打点周期和计时周期：打点周期：两个相邻的计时点的时间间隔，即交流电源的周期，一般为0.02 s；计数周期：两个相邻的计数点的时间间隔，若相邻两个计数点之间还有(n1)个计时点，则计数周期为t0.02n s.例1(20132014桂林高一期中)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处a在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压_(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上b把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过_(填“插孔”或“限位孔”)，并压在_(填“白纸”或“复写纸”)下面c用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离x.d切断电源，取下纸带，如果共有6清晰的点，则这段纸带记录的时间t_.e打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点f利用公式v计算纸带运动的平均速度实验步骤的合理顺序是_解析打点计时器使用交流电；把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；若打6个点，则有(61)个时间间隔，故这段纸带记录的时间t0.02(61)s0.1 s；实验步骤的排列一般要先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：baedcf.答案交流限位孔复写纸0.1 sbaedcf例2(20132014海南文昌高一段考)某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出a、b、c、d、e、f、g共7个计数点其相邻点间的距离如图144所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s(本题计算结果均保留3位有效数字)图144(1) 在实验中，使用打点计时器操作步骤应先_再_(选填“释放纸带”或“接通电源”)(2) 每两个计数点间还有_个点没有标出(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10 s测一次速度，计算出打下b、c、d三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表(4)将b、c、d、e、f各个时刻的瞬时速度标在图145直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线图145解析(1) 在实验中，使用打点计时器操作步骤应先接通电源，再释放纸带；(2) 每两个计数点间还有n114个点没有标出(3)vbm/s0.400 m/s；vcm/s0.479 m/s；vdm/s0.599 m/s.(4)图线如下：答案(1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.40004790.559(4)见解析例3如图146所示是某质点做直线运动的vt图象，试回答：图146(1)ab、bc、cd段质点分别做什么运动？(2)质点在5 s末的速度多大？解析(1)根据题中vt图象可知在ab段速度随时间不断增加，所以ab段表示质点做加速运动；在bc段速度不随时间而变化，所以bc段表示质点做匀速运动；在cd段速度随时间不断减少，所以cd段表示质点做减速运动(2)质点在5 s末的速度由题中vt图象可知是15 m/s.答案(1)ab段表示质点做加速运动；bc段表示质点做匀速运动；cd段表示质点做减速运动(2)15 m/s1(20132014江苏南京高一期中)关于打点计时器的使用，下列说法正确的是()a纸带上打的点越密，说明物体运动得越快b电火花打点计时器使用的是220 v交流电源c使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越长d在“探究匀变速直线运动的规律”的实验中应先释放小车，后接通打点计时器的电源解析纸带上打的点越密，说明物体运动越慢；电火花打点计时器使用的是220 v交流电源；因为t，所以使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越短；在“探究匀变速直线运动的规律”的实验中应先接通打点计时器的电源，后释放小车b正确答案b2打点计时器所用电源的频率为50 hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图147所示，纸带上a、c两点对应的时间为_s，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.二者之间b点的瞬时速度更接近于_m/s.图147解析由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s.a、c间对应的时间为0.022 s0.04 s.a、d间的距离为25.5 mm0.025 5 m.a、c间的距离为14.0 mm0.014 0 m.由公式v得vacm/s0.35 m/s，vad m/s0.43 m/s.b点的瞬时速度更接近于a、c间的平均速度，即vb0.35 m/s.答案0.040.350.430.353图148是甲、乙两个物体运动的vt图象图148(1)描述甲的运动：甲做_运动. (2)描述乙的运动：乙的初速度为_，在0t1内质点做_运动，t1t2内做匀速运动，t2t3做_运动，质点的速度方向_(填“发生”或“未发生“)发生变化答案(1)匀速(2)零加速减速未发生(时间：60分钟)1对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是()a电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电b两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样c电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸d电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉解析电磁打点计时器使用6 v以下的交流电，电火花计时器使用220 v的交流电，a对；两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定，b对；电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉，c错；电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，d错答案ab2通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀，下列判断正确的是()a点密集的地方物体运动的速度比较大b点密集的地方物体运动的速度比较小c点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等d点不均匀说明打点计时器有故障解析纸带上每相邻两个点之间的时间都相等，所以点密集的地方，说明相同长度的纸带通过打点计时器的时间长，所以物体运动的速度比较小，故a错，b对点不均匀是由于物体在相等的时间内发生的位移不相等，故c对，d错答案bc3使用打点计时器测量瞬时速度时应注意()a无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面b使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带c使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行d打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花打点计时器不用复写纸，故a错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故b正确；为减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故c正确；打点计时器不能长时间连续工作，故d正确答案bcd4根据打点计时器打出的纸带()a能准确地求出某点的瞬时速度b只能粗略地求出某点的瞬时速度c能准确地求出某段时间内的平均速度d可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度解析打在纸带上的点，记录了纸带的运动时间研究纸带上的点之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移应用v能准确地求出某段时间内的平均速度当t取的比较小时，这个平均速度可粗略代表纸带经过其中点时的瞬时速度答案bc5在实验中，某同学得到一张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，下列几种方法中最准确的是()图149a.vd，t10.14 sb.vd，t20.06 sc.vd，t30.1 sd.vd，t40.04 s解析求d点的瞬时速度，最准确的应是包含该点与该点相邻的两点之间的平均速度c错在时间间隔上，ce间的时间间隔应为0.04 s.答案d图14106某物体的vt图象如图1410所示，则该物体()a做往复运动b做匀速直线运动c朝某一方向做直线运动d以上说法均不正确解析由于v的大小随时间的变化先增大后减小，然后再增大再减小，所以不是匀速直线运动，故b错；但由于v的方向不变，所以物体始终朝一个方向运动，故a、d均错，c正确答案c7一同学从家中出发，沿平直的马路以一定的速率走到邮局发信之后，沿原路以相同的速率返回设出发时方向为正方向，则下图中能描述该同学运动情况的vt图象是()解析规定出发时方向为正方向，则返回时的速度必为负，故c错；由于速率不变，故d错；a图表示两个向相反方向运动的物体的vt图象，故a错答案b8用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度如图1411所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为t10.29 s，通过第二个光电门的时间为t20.11 s，已知遮光板的宽度为3.0 cm，分别求滑块通过第一个光电门的速度为_和第二个光电门的速度_图1411解析由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示经过第一个光电门的速度v1m/s0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2m/s0.27 m/s.答案0.10 m/s0.27 m/s9下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是_a启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点b关掉电源c取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数若干个点如果数出n个点，这些点划分出的间隔数是(n1)个，由此计算出纸带从第1个点到第n个点的运动时间d把纸带装好e了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上f用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离解析进行实验前应先安装好打点计时器，实验开始时应先接通电源，等计时器工作稳定后再拉动纸带；实验结束后，应立即关闭电源以保护计时器，因此正确顺序是edabcf.答案edabcf10如图1412所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中a、b、c、d、e为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔t0.1 s.图1412(1)依据公式vn求b、c、d三点速度大小(2)选取恰当坐标系作出小车的vt图象并分析小车的运动情况解析(1)本题要用公式vn求出各点的瞬时速度，也就是说某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度则vb cm/s1.7