学案5实验：利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度

1、学案 5 实验：利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度 学习目标定位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 能根据纸带求匀变速直线运动 的加速度. 知识储备区 温故垢本湖旅1隹陈方可却新 、实验器材 1 .器材：打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度 尺、坐标纸. 2 .了解打点计时器 (2) 当电源频率是 50 Hz 时，电磁打点计时器每隔 002 s 打一次点. 二、实验原理 1.打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置. _ 2 .根据纸带计算某时

2、刻的瞬时速度 根据 v =：可求任意两点间的平均速度，把这个平均速度值看成这段时间中间时刻的瞬时速 度.(注：学习第 2 章后， 就会知道， 匀变速直线运动中， 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). 3 .加速度的计算 (1) 根据 a = Vt亍0计算出物体的加速度. 由 v t 图像，利用图线的斜率求岀物体的加速度. 学习探究区 一、实验步骤 1.如图 2 所示，把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上, 固定在(1)电磁打点计时器如图 1 所示，工作电压为 46 V. 基础自学藩穽重点豆动探究 并使滑轮伸出桌面， 打点计时器 限拉孔 图 1 长木板没有滑轮的一端，连接好电

3、路. 更点* 计时器蛙 址带肚 2 .纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上， 并且压在纸带上面， 把打点计时器的两个接线 柱接到 4V6V 的低压交流电源上. 3 .把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，放手后，看小车能否在 木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器的限位孔，并把纸带的另一端固定在小 车的后面. 4 把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计 时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，重复实验三次. 二、数据处理 1 .挑选纸带并测量 在三条纸带中选择一条点迹最清晰的.为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一

4、个适当的点当作计时起点(0 点)，每 5 个点(相隔 0.1 s)取一个计数点进行测量, 邻两点间还有 4 个点未画出) * * * * * * 如图 3 所示.(相 2 .瞬时速度的计算和记录 (1)计算方法： 某段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度， 即 如图 3 中计数点 4 的速度 V4=空芋，其中 T= 0.1 s. Sn + * + 1 2T ，例 位置 0 1 2 3 4 5 6 7 时刻 1/S 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1 v/(m ) 3.加速度的计算 (1) 根据 a =山,求解加速度，可以多求几次，再求 a 的平均值. 作出小

5、车运动的 v-1 图像，禾 U 用斜率求出小车的加速度.如图 4 所示，小车的加速度 a = V2 Vi t2 ti . 三、注意事项 1 开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器. 2 先接通电源，等打点稳定后，再释放小车. 3 打点完毕，立即断开电源. 4 .选取一条点迹清晰的纸带，舍弃开头点迹密集部分，适当选取计数点 （注意计数点与计时 点的区别），弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少.一般在纸带上每隔 4 个点取一个计数点，即 时间间隔为 T = 0.02 X 5 s= 0.1 s. 5.在坐标纸上画 v t 图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在坐标平面 中央. 6 .利用

6、描出的点作 v t 图像时，不要将相邻的点依次相连成折线， 而应使大多数点在直线（或 曲线）上，不在线上的点均匀分布在直线 （或曲线）两侧，个别离线较远的点舍去. 典例精析 【例 1】在“利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度”实验中， 某同学进行了以下实验 操作步骤，试找出其中的错误和遗漏的步骤 （遗漏步骤可编上序号 G）. A .拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源 B .将打点计时器固定在长木板无滑轮一端，并接好电路 C .把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的钩码 D .取下纸带，再断开电源 E. 将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位

7、孔 F. 从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析 错误和遗漏： _ ； G. _ ; 正确的步骤顺序为 _ . 答案 A 中应先接通电源，再放开纸带 D 中应先断开电源，再取下纸带 换上新纸 带，重复实验两次 BECADGF 【例 2】在用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度的实验中， 图 5 甲是一次记录小车运动 情况的纸带，图中 A、B、C、D、E 为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出. （电 源频率为 50 Hz） 根据运动学有关公式可求得 VB= 1.38 m/s , VC = _mS, v= 3.90 m/s. (2) 利用求得的数值在图乙所示坐标纸上作出小车的 v t 图

8、线(从打 A 点时开始计时).利用纸 带上的数据求出小车运动的加速度 a= _ m/s2. (3) 将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是 0.12 m/s,此交点的物理意义是： 解析(1)打 C 点时对应的速度为 SBD 60.30 7.50 vc= 2T = 02 cm/s = 264 cm/ s= 2.64 m/s. 用描点法作出小车的运动图像如图所示. 由图知小车运动的加速度 VD VB 3.90 m/s 1.38 m/s _ 2 a = = 1 = 12.6 m/s . tD tB 3 1 x 10 s (3) 此交点表示从 A 点开始计时时，小车的速度为 0.12 m/s. 答案(1

9、)2.64 (2)12.6 从 A 点开始计时时，小车的速度为 0.12 m/s 自我检测区 1.如图 6 所示是用电磁打点计时器测量匀加速直线运动的加速度时得到的一条纸带，测量出 AB= 1.2 cm, AC = 3.6 cm , AD = 7.2 cm，计数点 A、B、C、D 中，每相邻两个计数点之间有 四个点未画出，以下说法正确的是 ( ) fTT检测学习效果悔验咸功快乐 105.60 甲 图 5 A 电磁打点计时器是只能记录时间而不能记录位移的仪器 B 若电源频率 f= 50 Hz，则每相邻的两个计数点之间的时间间隔为 0.1 s C .打 B 点时运动物体的速度 VB = 0.20

10、m/s D 本实验也可以采用电火花计时器 答案 BD 解析 电磁打点计时器既可以记录时间，又可以记录位移，选项 点的周期为 0.02 s,相邻两个计数点间有 4 个点未画出，即两个计数点间的时间间隔为 0.1 s. 花计时器都可以用，选项 D 正确. 2 .在“用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度”的实验中， 打点计时器接在 50 Hz 的低 压交变电源上.某同学在打出的纸带上每 5 点取一个计数点，共取了 A、B、C、D、E、F 六 个计数点（每相邻两个计数点间的四个点未画出 ），如图 7 所示从每一个计数点处将纸带剪 开分成五段（分别为 a、b、c、d、e 段），将这五段纸带由短到长紧靠

11、但不重叠地粘在 xOy 坐 标系中，如图 8 所示. ABC D E F / F J J f (1. ID 0.20030 0.400.50 f/s V5 = ms 在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度 时间图像（保留描点痕迹）. D.9D 0 I 11 I | I I I I | I I I | | | | | | I | | | | | 20 30 40 cm 答案 0.12 0.24 见解析图 解析 如题图所示，S!+ S2= 0.06 m，而 0.06 V2= 2T m/s = 0.06 m/ s,故 T= 0.5 s, S3 0.12 则 V3=- = 2x 05 m/s = 0.12

12、 m/ s, S4 + S5 0 24 又 S4+ S5= 0.24 m，贝 U V5= = m/s = 0.24 m/s.其 v t 图像如图所示. 2 I 2 X 0.5 8. 实验小组在用打点计时器测定匀变速直线运动加速度的实验中， 得到一条纸带如图 4 所示, A、B、C、D、E、F、G 为计数点，相邻计数点间的时间间隔为 0.1 s,利用刻度尺已经测量 得到 s1= 1.20 cm, s2= 1.60 cm , s3= 1.98 cm , s4= 2.38 cm, s5= 2.79 cm , Ss= 3.18 cm. 图 4 (1) 根据给出的实验数据，判断该实验小组使用的刻度尺的最

13、小刻度是什么？ 计算运动物体在 B、C、D、E、F 各点的瞬时速度. 试作出 vt 图像，并由图像求物体的加速度. 答案 毫米 (2)14 cm/s 17.9 cm/s 21.8 cm/s 25.85 cm/s 29.85 cm/s (3)图像见解 析 39.6 cm/ s2 解析(1)因为给出的测量长度的数据都是以厘米为单位，小数点后保留两位有效数字，即精 确到了毫米，最后的一位是估读出来的，所以刻度尺的最小刻度是毫米. (2) 某一点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度，根据平均速度的定义可以求得： VB= 14 cm/s , VC = 17.9 cm/ s, VD = 21.8 cm/s, VE= 25.85 cm/ s, VF = 29.85 cm/s. (3) 根据上一问计算出来的速度， 在坐标系中可