人教版必修一 1.4 实验：用打点计时器测速度 学案.docx

第4节 实验：用打点计时器测速度课前自主预习知识点一 认识打点计时器1. 打点计时器的作用及分类 打点计时器是一种使用 _ 电源的计时仪器，当电源频率为50 h 时，它每隔_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_。这就为研究物体的运动提供了可能，供高中学生实验用的打点计时器有电磁打点计时器和_计时器两种。 2. 电磁打点计时器(1) 工作电压： 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， 便振动起来，带动其上的 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： 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 计时器使用中对纸带运动阻力极小，因而系统误差较小。【答案】 1. 交流 0.02 s 位移 电火花 2.（1）6 v （2）振片 振针 3. 220 4. 电火花 知识点三 用打点计时器测量瞬时速度1实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220v交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸。2实验步骤 (1) 把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过_，把复写纸套在定位轴上，并且压在_。(2) 把电磁打点计时器的两个接线柱接到_电源上。(3) 接通电源开关，用手_拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。(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_。(5) 用_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_。【答案】 2. 限位孔 纸带上面 6v的低压交流（3）水平 （4）(n1)0.02s （5）刻度尺（6）平均速度知识点四 用v-t图象表示速度1. 速度时间图象(vt图象) 用横轴表示 ，纵轴表示 ，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，即得到物体运动的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 (填“是”或“不是”)物体运动的轨迹。3. 如图所示是某质点做直线运动的vt图象。 由vt图象可知在ab段速度随时间不断增大，表示质点做 运动；在bc段速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在cd段速度随时间不断减小，表示质点做 运动.质点在t0时刻的速度为0.在5 s末的速度大小为15 m/s. 【答案】 1. 时间t 速度v 2. 不是 3. 加速 减速 课堂重难突破一、用打点计时器测量瞬时速度1原理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.2数据处理(1)测量：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，如图所示，依次测出各点到o点的距离，再算出oa、ab、bc的距离x1、x2、x3. (2)计算：若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.(3)列表比较：把数据填入下表，根据数据判断纸带运动速度的变化情况.位置abcdefgv/(ms1)二、用图象表示速度1速度时间图象(vt图象)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，即得到物体运动的vt图象2vt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，但它不是(填“是”或“不是”)物体运动的轨迹例如，如图所示是某质点做直线运动的vt图象由vt图象可知在0 4 s内速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在4 8 s内速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在8 10 s内速度随时间不断减小，表示质点做减速运动质点在t0时刻的速度为0.在5 s末的速度大小为15 m/s.三、误差分析1利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身会带来系统误差为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移x来求平均速度2若采用分段测量计数点间的位移x，会使测量误差增大减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点o的距离，再分别计算出各计数点间的距离四、注意事项1如果在纸带上数出了n个点，那么，它们的间隔数是(n1)个，它们的时间间隔为(n1)0.02 s.2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后，再拉动纸带3手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集4使用电火花计时器时，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5为了减小实验误差，计数点要每隔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.6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源7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点o之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位一、打点计时器的应用原理及操作【典例1】(多选)使用打点计时器测量瞬时速度时应注意()a电火花计时器使用的电源是220 v的交流电源，电磁打点计时器使用的是直流6 v以下b使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带c使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与两限位孔平行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【答案】bcd【解析】电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源，故a错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故b正确；为了减小摩擦，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【典例2】 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_，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. 切断电源，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.接通电源开关，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_。 【答案】交流限位孔复写纸(n1)0.02 sbaedcf【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；若打出n个点，则有(n1)个时间间隔，故这段纸带记录的时间t(n1)0.02 s；实验步骤的排列一般要按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：b、a、e、d、c、f。二、瞬时速度的计算和速度图象的画法【典例3】打点计时器所用电源的频率为50 h ，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，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. b点的瞬时速度更接近于_m/s.(结果保留两位小数)【答案】0.350.420.35【解析】由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s.a、c间的距离为14 mm0.014 m.a、c间对应的时间为0.022 s0.04 s.a、d间的距离为25 mm0.025 m.a、d间对应的时间为0.023 s0.06 s由公式v得：vac m/s0.35 m/s，vad m/s0.42 m/s.b点的瞬时速度更接近于a、c间的平均速度【典例4】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个计数点相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s(本题计算结果均保留3位有效数字) (1) 在实验中，使用打点计时器时应先_再_(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0.1 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vbvcvdvevf数值(m/s)0.6400.721(4)将b、c、d、e、f各个时刻的瞬时速度标在图直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线【答案】(1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.40004790.560(4)见解析图【解析】(1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带(2) 每两个计数点间还有n114个点没有标出(3)vb m/s0.400 m/s；vc m/s0.479 m/s；vd m/s0.560 m/s.(4)图线如图所示：课堂小练1. 电磁打点计时器和电火花计时器的构造如图所示，以下说法正确的是() 图甲 图乙a. 图甲是电磁打点计时器，图乙是电火花计时器 b. 图甲使用的电源是交流220 v，图乙使用的电源是直流6 v以下 c. 电磁打点计时器和电火花计时器在实验中的作用是相同的 d. 利用打点计时器可以直接测量计数点的瞬时速度 【答案】c【解析】电火花打点计时器使用的不是复写纸而是墨粉纸盘，图甲是电火花计时器，图乙是电磁打点计时器，故a错误；电磁打点计时器工作电压是6 v以下交流电，电火花计时器的工作电压是220 v交流电，故b错误；它们使用的电源频率为50 h 时，都是每隔0.02 s打一个点，在实验中的作用是相同的，故c正确；根据工作原理，依据平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可计算出计数点的瞬时速度，故d错误。 2. 你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”.如果在纸带上点下了10个点，则在打下的这些点的过程中，纸带的运动时间是( ) a. 1 s b. 9 s c. 10 s d. 11 s 【答案】b【解析】 每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，如果在纸带上点下了10个点，也就有9个时间间隔，所以纸带的运动时间是9 s。故选b。 3. 练习使用打点计时器时，接通电源与释放纸带让纸带(随物体)开始运动，这两项操作的先后顺序是() a. 先释放纸带，后接通电源b. 先接通电源，后释放纸带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 【答案】b【解析】 开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带，如果先放开纸带，再接通打点计时器的电源，会导致物体运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同时先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，a、c、d错误；b正确。 4. 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源，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源 【答案】bcd【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。5. 打点计时器所用电源的频率为50 h ，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带上a、c间对应的时间为_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。【答案】0.040.350.430.35【解析】由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s。 a、c间的距离为14.0 mm0.014 0 m。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。 由公式v得.vac m/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。6. 在用打点计时器(电源频率为50 h )研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从a点开始每5个点取一个计数点，试根据纸带求解以下问题： (1) 纸带的哪一端与物体相连？ (2) 相邻计数点间的时间间隔是多少？ (3) bd段对应的平均速度是多大？ (4) 打c点时瞬时速度的大小？ 【答案】（1）左端 （2）0.1 s （3）1.861 m/s （4）1.861 m/s【解析】（1）由物体的初速度为零，可判断纸带左端与物体相连。（2）由交流电源频率为50 h 知，相邻计时点间的时间间隔为0.02 s，每5个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔t5t0.1 s。（3）由纸带可知xbd(49.6012.38) cm0.3722 m。 tbd2t0.2 s 由平均速度公式得 m/s1.861 m/s。（4）c点瞬时速度近似等于bd段的平均速度，故vc1.861 m/s。课后课时作业1关于打点计时器的使用，下列说法正确的是()a电磁打点计时器使用的是6 v以下的直流电源b在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源c使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小d电源的电压越高，打点的时间间隔就越小【答案】c【解析】 电磁打点计时器使用的是6 v以下交流电源，a错；实验时应先接通电源再释放物体运动，b错；电源频率越高，打点时间间隔越小，c对，d错。2（多选）电磁打点计时器是一种使用交流电源工作的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是()a时间间隔b位移c瞬时速度 d平均速度【答案】ab【解析】从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点间的时间间隔为0.02 s，故a选项正确。用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移，故b选项正确从纸带上不能直接得到瞬时速度和平均速度，只能间接计算，故c、d选项错误。3关于打点计时器，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电火花计时器使用的是220 v交流电源c电火花计时器比电磁打点计时器打点频率高d实验时应先释放小车，后接通打点计时器的电源【答案】b【解析】纸带上打的点越密，说明物体运动越慢，a错误；电火花计时器使用的是220 v交流电源，b正确；两种计时器电源频率都是50 h ，c错误；实验时应先接通打点计时器的电源，后释放小车，d错误4. (多选) 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【答案】abd【解析】 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。5. 一同学在用打点计时器做实验时，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为( )a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振针与复写纸间的距离过小【答案】d【解析】正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点。当振针与复写纸片间的距离过大时，振针可能够不着复写纸片，打出的纸带上有时有点，有时无点。当振针与复写纸片间的距离过小时，每一个打点周期内振针就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸片上，这样就成了一段一段的小线段。所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中，否则就要做适当的调整。选项a造成的后果是打点计时器不工作，选项b造成的后果是打点计时器工作不稳定，选项c造成的后果是打点周期不稳定，只有选项d才是造成题中所述现象的原因。故应选d。6（多选）在用“图象法”处理实验数据时，为了减小误差()a应使纵、横坐标每单位长度表示的数值大一些b应使纵、横坐标每单位长度表示的数值小一些c为使图线通过每个实验数据点，应使图线画成折线d应使图线画成直线或光滑曲线，让实验数据点大致均匀分布在图线附近，对于个别离线较远的点可以舍去【答案】bd7在“用打点计时器测速度”的实验中(1)下列操作中正确的是_(填选项序号)a在释放小车前，小车要靠近打点计时器b打点计时器应放在长木板有滑轮的一端c先接通电源，后释放小车d电火花计时器应使用低压交流电源(2)如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，四条纸带的a、b间的间距相等，则a、b间的平均速度最小的是_【答案】(1)ac(2)d8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，则滑块通过第一个光电门的速度为_，通过第二个光电门的速度为_【答案】0.10 m/s0.27 m/s【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v1 m/s0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2 m/s0.27 m/s.9如图所示，两路灯灯杆a、b相距40m，一辆汽车用3.2s时间通过这两根路灯灯杆，据此可以计算出汽车在这段位移中的平均速度为_m/s。若灯杆a的近旁相距0.42m处有一块路牌，汽车驶过路牌和灯杆的这一小段距离只用了0.03s，在这段时间里的平均速度为_m/s，可以认为汽车驶过灯杆a时的瞬时速度为_m/s。【答案】12.51414【解析】据平均速度公式12.5m/s，当用0.3s驶过0.42m时，因时间较短则可认为这一极短时间内平均速度等于该处瞬时速度m/s14m/s。10某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验，让重锤自由下落，打出的一条纸带