人教版必修1 1.4 实验：用打点计时器测速度 学案.DOC

1.4实验：用打点计时器测速度学案学习目标1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理.2.学会使用打点计时器.3.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.4.理解速度随时间的变化图象，并能根据图象分析物体的运动一、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的计时仪器，当电频率为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；(2)原理：接通交流电后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起，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；(2)原理：当接通电、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹4两种计时器误差比较电火花计时器使用中对纸带运动阻力极小，因而系统误差较小二、根据纸带计算平均速度根据v可求出任意两点间的平均速度，x是纸带上两点间的距离，t是这两点间的时间间隔三、粗略计算瞬时速度纸带上某点的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的相距较近的两点间的平均速度表示平均速度的公式v，当t或x较小时，这个平均速度代表纸带经过某点的瞬时速度四、速度时间图象(vt图象)速度时间图象是用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.一、练习使用打点计时器1实验步骤(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电上(电磁打点计时器接6 v低压交流电，电火花计时器接220 v交流电)(3)先接通电开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t(n1)0.02 s.(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离x.(6)利用公式v计算出纸带在这段时间内的平均速度2注意事项(1)使用打点计时器打点时，应先接通电，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带(2)打点前应使物体停在靠近打点计时器的位置(3)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电(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)读数时应估读到毫米的下一位二、用打点计时器测量瞬时速度1实验原理取包含这一位置在内的一小段位移x，根据v测出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度一般地，取以这个点为中间时刻的一段位移计算如图1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12数据处理把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2所示，依次测出各点到o点的距离，依次算出oa、ab、bc、的距离x1、x2、x3、.图2打点计时器打点的周期为t，则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直线运动.位置abcdefgv/(ms1)3.注意为了减小实验误差，计数点要间隔t0.1 s选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，x、t应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即v.三、用图象表示速度问题设计用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立平面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，即得到运动物体的vt图象，图3所示为某质点的vt图象请同学们观察图象并分析以下问题图3(1)vt图象是不是质点运动的轨迹？从vt图象中可以知道哪些信息？(2)匀速直线运动的vt图象有什么特点？答案(1)vt图象不是质点运动的轨迹从vt图象中可知任意时刻速度的大小和方向(2)匀速直线运动的vt图象是与时间轴平行的直线，如图所示，直线a、b分别表示va4 m/s，vb8 m/s.例1使用打点计时器时应注意()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，再拉动纸带c使用打点计时器拉动纸带时，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解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器不用复写纸，故a错；实验时应当先接通电，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bcd例2当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上点迹的说法中正确的是()a点迹记录了物体运动的时间b点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移c纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状d纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况解析从打点计时器的用途出发对选项进行筛选打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状答案abd例3如图4所示是做“用打点计时器测速度”实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6，现测得0、1间的距离x15.18 cm,1、2间的距离x24.40 cm,2、3间的距离x33.62 cm,3、4间的距离x42.78 cm,4、5间的距离x52.00 cm,5、6间的距离x61.22 cm(每0.02 s打一次点)图4(1)根据测量数据，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中.位置12345v/(ms1)(2)根据(1)中表格，在图5中画出小车的速度时间图象，并说明小车速度变化的特点图5解析(1)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示打1点时：v11.20 m/s，打2点时：v21.00 m/s，打3点时：v30.80 m/s，打4点时：v40.60 m/s，打5点时：v50.40 m/s.将数值填入表格中.位置12345v/(ms1)1.201.000.800.600.40(2)描点并连线得小车的速度时间图象由图象可知，小车速度均匀减小1.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顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处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_(选填“交流”或“直流”)电的两个接线柱上b把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过_，并压在_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，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间t_.e打开电开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点f利用公式计算纸带运动的平均速度实验步骤的合理顺序是_答案交流限位孔复写纸(n1)0.02 sbaedcf解析a项中电磁打点计时器应使用低压交流电；b项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；d项中纸带上记录的时间t(n1)0.02 s合理的实验步骤为baedcf.2.打点计时器所用电的频率为50 hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各点间的距离如图6所示，则：ac_ mm，ad_ mm.那么由此可以算出纸带在ac间的平均速度为_ m/s，纸带在ad间的平均速度为_ m/s；b点的瞬时速度更接近于