《2018-2019物理新学案同步必修一浙江专用版讲义：第一章 运动的描述4 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019物理新学案同步必修一浙江专用版讲义：第一章 运动的描述4 （9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 实验：用打点计时器测速度实验：用打点计时器测速度 考试属性 知识内容用打点计时器测速度 课时要求 1.知道电磁打点(电火花)计时器的构造及工作原理. 2.掌握打点计时器的使用方法，知道相邻两点间的时间间隔. 3.理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法，会计算瞬时速度，会借 助传感器测速度. 4.能用实验数据描绘 vt 图象，并能根据图象分析物体的运动. 一、打点计时器及其原理 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 以下低压交流电源220 V 交流电源 打点周期(电源 频率为 50
2、Hz) 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 功能功能相同，都是计时仪器 二、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源上(电磁打点计时器接 6 V 以下低压交流电，电 火花计时器接 220 V 交流电). (3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电源. (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
3、)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. x t 2.注意事项 (1) 打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置. (2) 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)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. (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 量出各个计数点到起始点 O 之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位. 三、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
4、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. x t 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. x t 图 1 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 2 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. 图 2 (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. x1x2 2T x2x3 2T x3x4 2T
5、x4x5 2T (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ABCDEFG v/(ms1) 3.注意 (1)为了减小实验误差，A、B、C、D不一定是连续计时点，比如可以每隔四个点选一个 点(称为计数点)，此时两个计数点间的时间间隔 T0.1 s. (2)计算计数点的瞬时速度时，x、t 应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时间， 即 v. xnxn1 2T 四、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. 2.
6、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，但它不是(填“是”或“不是”)物体运 动的轨迹. 例如，图 3 所示是某质点做直线运动的 vt 图象. 图 3 由 vt 图象可知在 04 s 内速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在 48 s 内速度 不随时间变化，表示质点做匀速运动；在 810 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. 一、打点计时器的应用原理及操作 例 1 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
7、是直流 6 V 以下 B.使用打点计时器时应先拉动纸带，再接通电源 C.使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向可以不与两限位孔平行 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 D 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 错误；为了减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故 C 错 误；打点计时器不能长时间连续工作，故 D 正确. 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 说法中不正确的是( ) 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
8、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 C 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. 二、瞬时速度的计算和速度图象的画法 例 3 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 的情况如图 4 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) 图 4
9、 答案 0.35 0.42 0.35 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. x t 0.014 0.04 0.025 0.06 B 点的瞬时速度更接近于 A、C 间的平均速度. 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
10、、D、E、F、G 共 7 个计数点.相邻计数点间的距 离如图 5 所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为 0.1 s，电源频率为 50 Hz.(本题计算 结果均保留 3 位有效数字) 图 5 (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 6 直角坐标系中，并画
11、出小车的瞬时速度 随时间变化的关系图线. 图 6 答案 (1)接通电源 释放纸带 (2)4 (3)0.400 0.479 0.560 (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. t T 0.1 s 0.02 s (3)vB m/s0.400 m/s； 3.624.38 102 2 0.1 vC m/s0.479 m/s； 5.204.38 102 2 0.1 vD m/s0.560 m/s. 5.205.99 102 2 0.1 (4)图线如图所示： 1.(练习使用打点计时器)(多选)在“用打点计时器
12、测速度”的实验中，除重物(小车)、纸带外， 还需选用的仪器是( ) A.秒表 B.刻度尺 C.速度计 D.交流电源 答案 BD 解析 由打点计时器在纸带上打下的点的间隔数可知任意两点间的时间间隔，故不需要秒表， 选项 A 错误；再利用刻度尺测出两点间的距离就可进一步求出平均速度，故不需要速度计 而要使用刻度尺，选项 B 正确，C 错误；打点计时器要使用交流电源工作，选项 D 正确. 2.(练习使用打点计时器)(多选)在“用打点计时器测速度”的实验中，若打点周期为 0.02 s， 下列说法正确的是( ) A.先接通电源，后拉动纸带 B.先拉动纸带，后接通电源 C.电火花计时器使用 6 V 以下的
13、交流电源 D.连续 n 个计时点间的时间间隔为(n1)0.02 s 答案 AD 解析 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，A 正确，B 错误；电火花计时器的工作电压是 220 V 交流电，C 错误；每相邻的两个计时点间 的时间间隔为 0.02 s，连续 n 个计时点间有 n1 个时间间隔，故时间为(n1)0.02 s，D 正确. 3.(运动时间的计算)打点计时器所用的电源是 50 Hz 的交流电，其相邻点间的时间间隔为 T，若纸带上共打出 N 个点，这条纸带上记录的时间间隔为 t，则下列各式正确的是( ) A.T0.1 s，tNT B.T0.05 s，t(N
14、1)T C.T0.02 s，t(N1)T D.T0.02 s，tNT 答案 C 解析 电源频率 f50 Hz，则相邻点间的时间间隔 T s0.02 s，纸带上共打出 N 个 1 f 1 50 点，则有 N1 个时间间隔，即 t(N1)T，C 正确. 4.(瞬时速度的计算)如图 7 所示装置可测出气垫导轨上滑块的速度.已知固定在滑块上的遮光 条的宽度为 0.60 cm，遮光条经过光电门的遮光时间为 0.02 s，则遮光条经过光电门的平均 速度大小为( ) 图 7 A.0.20 m/s B.0.30 m/s C.0.60 m/s D.3.0 m/s 答案 B 5.(实验操作)在用打点计时器研究小车
15、在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤： A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，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悬挂适当的钩码 D.取下纸带 E.放手，使小车在平板上运动 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 其中错误的步骤是_，有遗漏内容的步骤是_，将以上步骤完善后以合理的顺序排 列为_. 答案 A D BFCAED 解析 合理的步骤如下： B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码 A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源 E.放手，使小车在平板上运动 D.断开电源，取下纸带 6.(瞬时速度的测量)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 8 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_. 图 8 答案 0.10 m/s 0.27 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
