《高中物理 第一章 运动的描述 1_4 实验：用打点计时器测速度学案 新人教版必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 运动的描述 1_4 实验：用打点计时器测速度学案 新人教版必修1（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、安全教育学习是提高员工安全防范意识的重要措施。“百日安全活动”开展以来，保卫部从自身着手对本部门所有员工开展集中安全教育培训第4节实验：用打点计时器测速度一、实验目的1了解打点计时器的结构、原理及使用方法2学会用打点计时器测量物体的速度3能利用vt图象分析实验数据，描述物体的运动。二、实验原理1两种打点计时器的比较电磁打点计时器电火花计时器结构示意图打点原理电磁作用下振针上下周期性振动打点脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点工作电压6 V以下交流电源220 V交流电源打点周期0.02 s0.02 s阻力来源纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小
2、功能功能相同，都是计时仪器2测平均速度、瞬时速度的原理用跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录物体的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移x。打两个点的时间间隔为t，则，当t很短时，认为为t时刻的瞬时速度。三、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220 V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。四、实验过程1实验步骤(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，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。(2)把电磁打点计时器的两上接线柱接到6 V的低压交流电源上。(3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后关
3、闭电源。(4)重复步骤(2)、(3)，获得35条纸带。(5)选择一条点迹清晰便于分析的纸带，往后数n个点，n个点之间的间隔数为(n1)，纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间t0.02(n1) s。(6)用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的距离x。2数据处理(1)计算纸带的平均速度：从打第1个点到打第n个点，纸带的运动时间为t0.02(n1)s，纸带的位移为x，纸带的平均速度v。把测量和计算的结果填入表中。记录项 实验次数点数n点划分出的间隔数n1运动时间t/s位移x/m平均速度v/(ms1)12(2)用打点计时器测量瞬时速度选取一条点迹清晰便于分析的纸带。从能够看清的某个点开始，每隔四个点取
4、一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T50.02 s0.1 s。在纸带上用O、A、B、C、D标出这些“计数点”，如图所示。用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD的距离是s1、s2、s3、s4，再利用x1s1、x2s2s1、x3s3s2确定出OA、AB、BC、CD之间的距离x1、x2、x3、x4A、B、C、D各点的瞬时速度分别为vA、vB、vC、vD(3)用vt图象描述物体的速度以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。根据不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。用平滑曲线把这些点连接起来，即得到vt图象。五、误差分析1利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差。为减小误差，应取以计数点
5、为中心的较小位移x来求平均速度。2测量计数点间的位移x带来误差。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。3计数点间的时间t搞错。几个计数点间的时间间隔为t(n1)0.02 s。而非tn0.02 s。4作vt图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。六、注意事项1实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。2使用计时器打点时，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
6、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使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。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。要点一实验原理和实验操作例1 (2017徐州高一检测)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
7、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A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；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。答案交流限位孔复写纸(n1)0.02 sBAEDCF要点二纸带的处理例2 (2016吉林一中期中)打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一
8、条纸带，用毫米刻度尺进行测量，如图1所示，则纸带在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。图1思路指导解答本题可按照下列思路进行：AC解析A、C间的位移xAC1.40 cm，A、C间的时间间隔tAC0.04 s，所以A、C间的平均速度vAC0.35 m/s。A、D间的位移xAD2.50 cm，A、D间的时间间隔tAD0.06 s，所以A、D间的平均速度vAD0.42 m/s。A、C两点比A、D两点更接近B点，所以B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度0.35 m/s。答案0.350.420.35用近似代替瞬时速度的条件是t足够小，因
9、此利用它求某一点的瞬时速度时，应尽可能靠近该点取数据，这样求出的数值才可能更接近该点的瞬时速度。要点三数据的处理、vt图象例3 如图2所示是用打点计时器测瞬时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现在量得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(频率为50 Hz)。图2(1)根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度(保留两位小数)并填在下表中。位置12345v/
10、(ms1)(2)根据(1)中表格，在图3中画出小车的速度图象。图3解析(1)某点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间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。答案见解析1(2017武汉高一检测)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，不经计算，通过测量可以从纸带上直接得到的物理量是()A时间间隔B位移C平均速
11、度D瞬时速度解析时间间隔通过数纸带上所打点的个数经过计算得出。位移可以通过测量纸带上所打点之间的距离得出。而平均速度或者瞬时速度都是依据实验数据通过计算得出。故应选B。答案B2(2017衡水高一检测)关于打点计时器使用的说法正确的是()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解析电磁打点计时器使用交流电源，A错；使用打点计时器时应先接通电源，后让物体运动，B错；打点的时间间隔T，f是电源频率，与电源电压的高低无关，所以C正确，D错误。答案C3如图4所示是某
12、同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。图4(1)已知打点计时器电源的频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_。(2)A、B、C、D是纸带上的四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点的间距x_ cm；C点对应的速度是_ m/s(计算结果保留三位有效数字)。解析(1)由周期和频率的关系T可知：周期为0.02 s。(2)A、B间距为0.630.67 cm之间，长度测量注意不要丢掉估读位，C点瞬时速度等于B、D间的平均速度，vC m/s0.100 m/s。答案(1)0.02 s(2)0.630.670.1004某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计
13、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个测量点。其相邻两点间的距离如图5所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s。图5(1)试根据纸带上各个测量点间的距离，每隔0.10 s测一次速度，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入表中(要求保留三位有效数字)。瞬时速度vBvCvDvEvF数值/(ms1)(2)以A点为计时起点，将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图6所示的直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。图6解析(1)用包括某点在内的一小段时间内的平均速度近似代表该点的瞬时速度。各点对应的瞬时速度如表所示。瞬时速度vBvCvDvEvF数值/(ms1)0.4000.4790.5600.6400.703(2)以打A点的时刻为计时开始时刻，确定出各测量点对应的时刻，在坐标系中描点、连线得出图象如图所示。答案见解析在治安防范工作中保卫部要求治安员按照“全覆盖、零容忍”的工作原则，明确责任、清晰目标，坚持对重点要害部位进行“地毯式”巡查
