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1、课时课时4实验：用打点计时器测速度实验：用打点计时器测速度课前导航课前导航1.1.电磁打点计时器电磁打点计时器图图4 41 1所所示示是是电电磁磁打打点点计计时时器器的的构构造造图图，图图中中标标出出了了几几个主要部件的代号及名称个主要部件的代号及名称 图图41当当给给电电磁磁打打点点计计时时器器通通电电后后，线线圈圈产产生生磁磁场场，放放在在线线圈圈中中的的振振片片被被磁磁化化，由由于于线线圈圈通通的的是是交交变变电电流流，电电流流方方向向不不断断变变化化，振振片片就就会会因因反反复复地地受受到到向向上上、向向下下的的吸吸引引而而不不停停地地振振动动起起来来当当交交变变电电流流的的频频率率是
2、是50 50 HzHz时时，电电磁磁打打点点计计时时器器的的振振针每针每0.02 s0.02 s打下一个点打下一个点2 2电火花计时器电火花计时器图图4 42 2所所示示是是电电火火花花计计时时器器的的构构造造图图图图中中标标出出了了几几个个主要部件的代号，它们的名称见图主要部件的代号，它们的名称见图图图42电电火火花花计计时时器器是是利利用用火火花花放放电电使使墨墨粉粉在在纸纸带带上上打打出出墨墨点点而而显显示示出出点点迹迹的的计计时时仪仪器器当当电电源源的的频频率率是是50 50 Hz Hz 时时，它它的的脉冲放电周期也是脉冲放电周期也是0.02 s0.02 s，即每隔，即每隔0.02 s
3、 0.02 s 打下一个点打下一个点请你思考：请你思考：1为什么打点计时器不能使用直流电源？为什么打点计时器不能使用直流电源？2假假设设交交流流电电源源的的频频率率不不是是50 Hz，而而是是60 Hz，打打点点计计时时器器还还是是每每隔隔0.02 s打打一一个个点点吗吗？这这时时它它将将每每隔隔多多长长时时间间打打下下一个点？一个点？基础梳理基础梳理知识精析知识精析一、计时器的使用一、计时器的使用1电磁打点计时器的使用电磁打点计时器的使用(1)用用限限位位孔孔限限定定纸纸带带，复复写写纸纸压压在在纸纸带带的的上上面面通通电电，振片带动振针打点若纸带运动，其上就会留下一行小点振片带动振针打点若
4、纸带运动，其上就会留下一行小点(2)如如由由物物体体带带动动纸纸带带运运动动，物物体体的的位位移移就就对对应应为为纸纸带带上上相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算2电火花计时器的使用电火花计时器的使用(1)使使用用时时，墨墨粉粉纸纸盘盘套套在在纸纸盘盘轴轴上上，把把纸纸带带穿穿过过限限位位孔孔当当接接通通电电源源、按按下下脉脉冲冲输输出出开开关关时时，计计时时器器发发出出的的脉脉冲冲电电流流经经放放电电针针、墨墨粉粉纸纸盘盘到到纸纸盘盘轴轴，产产生生火火花花放放电电，于于是是在在运运动的纸带上就打出一行点迹动的纸带上就打出一行点迹
5、(2)这这种种计计时时器器工工作作时时，纸纸带带运运动动时时受受到到的的阻阻力力比比较较小小，实验误差也比较小实验误差也比较小二、用打点计时器测量瞬时速度二、用打点计时器测量瞬时速度图图43三、用三、用vt图象分析实验数据图象分析实验数据1vt图象图象在在平平面面直直角角坐坐标标系系中中，用用纵纵轴轴表表示示速速度度，横横轴轴表表示示时时间间，图图象象中中的的任任一一点点表表示示某某时时刻刻的的速速度度，得得到到速速度度时时间间图图象象(vt图象图象)，简称速度图象，简称速度图象2vt图象的意义图象的意义vt图图象象反反映映的的是是速速度度随随时时间间的的变变化化关关系系，它它并并不不是是物物
6、体的运动轨迹体的运动轨迹3匀速直线运动的匀速直线运动的vt图象图象图图44(1)匀匀速速直直线线运运动动的的vt图图象象是是与与时时间间轴轴平平行行的的直直线线，如如图图44所示所示(2)速速度度不不同同的的匀匀速速直直线线运运动动的的vt图图象象，是是不不同同的的平平行行于于时时间间t轴轴的的直直线线，它它们们纵纵轴轴的的截截距距表表示示速速度度，截截距距越越大大，表表示速度越大，如图示速度越大，如图44中，中，vavb.(3)匀匀速速直直线线运运动动的的图图线线与与时时间间轴轴所所围围的的面面积积表表示示该该时时间间内内物物体体的的位位移移图图44中中的的阴阴影影部部分分面面积积Svat，
7、vat恰恰是是a物体在物体在t时间内的位移，即时间内的位移，即Sxvat.4用用vt图象描述纸带的运动图象描述纸带的运动以以速速度度v为为纵纵轴轴，时时间间t为为横横轴轴，建建立立直直角角坐坐标标系系用用各各点点迹迹上上对对应应的的时时间间和和瞬瞬时时速速度度描描点点，用用一一条条平平滑滑的的曲曲线线将将这这些些点点连连接接起起来来，即即可可用用vt图图象象分分析析速速度度随随时时间间的的变变化化规规律律方法指导方法指导一、纸带的处理方法一、纸带的处理方法例例1 打打点点计计时时器器所所用用电电源源的的频频率率为为50 Hz，某某次次实实验验中中得得到到的的一一条条纸纸带带，用用毫毫米米刻刻度
8、度尺尺测测量量的的情情况况如如图图45所所示示，纸纸带带在在A、C间间的的平平均均速速度度为为_m/s，在在A、D间间的的平平均均速速度为度为_m/s，B点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于_m/s.图图45解解析析 由由题题意意知知，相相邻邻两两点点间间的的时时间间间间隔隔为为0.02 s，A、C间间的的距距离离为为14 mm0.014 m，A、D间间的的距距离离为为25 mm0.025 m.由公式由公式v得，得，vAC m/s0.35 m/svAD m/s0.42 m/sB点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于0.35 m/s.答案答案 0.350.420.35点点评评 求求某某点点
9、瞬瞬时时速速度度时时，我我们们应应取取此此点点两两侧侧靠靠近近此此点点的的两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好二、实验误差分析二、实验误差分析例例2 某某同同学学在在用用打打点点计计时时器器做做实实验验时时，得得到到的的纸纸带带如如图图46所示，这可能是因为所示，这可能是因为()图图46A打点计时器错接在直流电源上打点计时器错接在直流电源上B电源的电压不稳电源的电压不稳C电源的频率不稳电源的频率不稳D振针压得过紧振针压得过紧解解析析 正正常常情情况况下下，振振针针应应该该恰恰好好敲敲打打在在限限位位板板上上，这这样样在在纸纸带带上上才才能能留
10、留下下点点当当振振针针与与复复写写纸纸的的距距离离过过大大时时，振振针针可可能能打打不不到到复复写写纸纸，这这时时会会出出现现有有时时有有点点，有有时时无无点点当当振振针针与与复复写写纸纸的的距距离离过过小小时时，振振针针就就会会有有较较长长的的时时间间与与复复写写纸纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段答案答案 D三、三、vt图象的应用图象的应用例例3 图图47是是甲甲、乙乙两两物物体体运运动动的的速速度度图图象象，下下列列说说法法正确的是正确的是()图图47A物体甲处于静止状态物体甲处于静止状态B物体乙刚开始时以物体乙刚开始时以5 m/s
11、的速度与甲物体同向运动的速度与甲物体同向运动C物体乙在最初物体乙在最初3 s内的位移是内的位移是10 mD物体乙在最初物体乙在最初3 s内的路程是内的路程是10 m解解析析 甲甲速速度度图图象象是是平平行行于于t轴轴的的直直线线，因因此此甲甲做做匀匀速速直直线线运运动动，选选项项A错错误误；乙乙物物体体在在第第1 s内内向向正正方方向向做做速速率率为为5 m/s的的匀匀速速直直线线运运动动，第第2 s内内静静止止，第第3 s内内沿沿负负方方向向做做速速率率为为5 m/s的的匀匀速速直直线线运运动动，故故选选项项B正正确确；乙乙在在第第1 s内内的的位位移移x1v1t15 m，在在第第2 s内内
12、的的位位移移x20，在在第第3 s内内的的位位移移x3v3t35 m，所所以以物物体体乙乙在在最最初初3 s内内的的位位移移xx1x2x30，故故选选项项C错错误误；物物体体乙乙在在最最初初3 s内内的的路路程程l|x1|x2|x3|10 m，故选项，故选项D正确正确答案答案 BD互动平台互动平台育才老师与细心同学关于纸带位移测量的对话育才老师与细心同学关于纸带位移测量的对话育育才才：为为尽尽量量减减小小刻刻度度尺尺在在测测量量相相邻邻计计数数点点间间位位移移的的大大小的过程中产生的误差，应如何操作？小的过程中产生的误差，应如何操作？细细心心：(1)刻刻度度尺尺的的准准确确度度要要达达到到1
13、mm；(2)不不要要分分段段测测量量相相邻邻两两点点的的位位移移，应应尽尽可可能能一一次次测测量量完完毕毕并并分分别别测测出出第第一一个个计计数数点点到到其其他他各各计计数数点点的的位位移移，且且读读数数时时应应估估读读到到mm以以下一位下一位粗心同学与细心同学关于计数点的对话粗心同学与细心同学关于计数点的对话细心：用逐差法求加速度至少要测出细心：用逐差法求加速度至少要测出6个位移值来个位移值来粗心：所以纸带上最少应有粗心：所以纸带上最少应有7个点个点细心：我们如果是每细心：我们如果是每5个点取一个计数点呢？个点取一个计数点呢？粗粗心心：唉唉，我我又又错错了了应应该该是是纸纸带带上上至至少少应
14、应有有7个个计计数数点点，而每而每5个点取一个计数点，所以纸带上至少要有个点取一个计数点，所以纸带上至少要有31个点个点同步达标同步达标一一、选选择择题题( (本本题题共共6 6小小题题，每每小小题题5 5分分，共共3030分分，每每题题至至少有一个选项是正确的少有一个选项是正确的) )1在使用打点计时器时应在使用打点计时器时应()A先接通电源，再使纸带运动先接通电源，再使纸带运动B先使纸带运动，再接通电源先使纸带运动，再接通电源C在使纸带运动的同时接通电源在使纸带运动的同时接通电源D先使纸带运动或先接通电源都可以先使纸带运动或先接通电源都可以答案答案 A2下列说法正确的是下列说法正确的是()
15、A电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样B电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器外外接接的的交交流流电电压压一一样样C电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器外外接接的的交交流流电电频频率率是一样的是一样的D电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔都都是是0.02 s解解析析 电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花打打点点计计时时器器原原理理和和使使用用方方法法基基本本一一样样，所所接接交交流流电电压压不不同同，电电磁磁打打点点计计时时器器的的工工作作电电压为压为4
16、 V6 V，电火花计时器外接的电压为，电火花计时器外接的电压为220 V.答案答案 ACD3运运动动物物体体拉拉动动穿穿过过打打点点计计时时器器的的纸纸带带，纸纸带带上上打打下下一一列小点，打点计时器打下的点直接记录了列小点，打点计时器打下的点直接记录了()A物体运动的时间物体运动的时间B物体在不同时刻的位置物体在不同时刻的位置C物体在相同时间内的距离物体在相同时间内的距离D物体在不同时间内的位移物体在不同时间内的位移解解析析 因因为为打打点点计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔都都是是0.02 s，所所以以只只要要数数出出纸纸带带上上所所打打的的点点数数，用用t0.02 s(n1)可可以
17、以计计算算出出物物体体运运动动的的时时间间，选选项项A正正确确打打点点计计时时器器每每打打一一个个点点与与一一个个时时刻刻对对应应，因因此此，打打点点计计时时器器直直接接记记录录物物体体在在不不同同时时刻刻所所在在的的位位置置，选选项项B正正确确每每两两个个相相邻邻时时间间间间隔隔一一定定是是0.02 s，但但这这里里的的相相同同时时间间可可以以是是任任意意相相同同时时间间只只要要测测量量间间隔隔相相同同点点数数的的点点迹迹之之间间的的距距离离就就可可以以了了，但但是是相相同同的的时时间间内内的的距距离离不一定是相同的而物体不一定是相同的而物体在在不不同同时时间间内内的的位位移移，只只要要经经
18、过过再再一一次次测测量量与与该该时时间间段段对对应应的的一一段段位位移移就就可可以以知知道道，所所以以打打下下的的点点也也直直接接记记录录了了物物体在不同时间内的位移，选项体在不同时间内的位移，选项D D正确正确答案答案 ABD4打打点点计计时时器器所所用用的的电电源源是是50 Hz的的交交流流电电，其其相相邻邻点点间间的的时时间间间间隔隔是是T，若若纸纸带带上上共共打打出出N个个点点，该该纸纸带带上上记记录录的的时间为时间为t，则，则()AT0.1 s，tNTBT0.05 s，t(N1)TCT0.02 s，t(N1)TDT0.02 s，tNT答案答案 C5我我国国使使用用的的交交流流电电的的
19、频频率率是是50 Hz，而而美美国国使使用用的的交交流流电电的的频频率率为为60 Hz，同同样样的的纸纸带带实实验验，纸纸带带长长度度、拉拉动动纸纸带带的的速速度度完完全全相相同同，在在我我国国和和美美国国两两地地区区所所得得到到的的纸纸带带上上被被打打点的个数点的个数()A一样多一样多B在美国多在美国多C在我国多在我国多 D不能确定不能确定解解析析 长长度度、拉拉动动速速度度完完全全相相同同的的纸纸带带运运动动的的时时间间出出相相同同，频率越高，周期越小，打下的点个数就越多频率越高，周期越小，打下的点个数就越多答案答案 B6若若一一质质点点从从t=0开开始始由由原原点点出出发发，其其v-t图
20、图象象如如图图所所示示，则该质点则该质点()A当当t1 s时，离原点最远时，离原点最远B当当t2 s时，离原点最远时，离原点最远C当当t3 s时，回到原点时，回到原点D当当t1 s时，回到原点时，回到原点解解析析 这这是是一一个个速速度度时时间间图图象象，故故曲曲线线与与t轴轴所所夹夹面面积积表表示位移大小，所以示位移大小，所以2 s末离原点最远，末离原点最远，4 s末回到原点末回到原点答案答案 BD二、填空题二、填空题(9分分)7用用接接在在50 Hz交交流流电电源源上上的的打打点点计计时时器器测测定定小小车车的的运运动动情情况况某某次次实实验验中中得得到到一一条条纸纸带带如如图图所所示示，
21、从从比比较较清清晰晰的的点点起起，每每5个个打打印印点点取取一一个个计计数数点点，分分别别标标明明0、1、2、3、量量得得0与与1两两点点间间的的距距离离x1=30 mm，2与与3两两点点间间的的距距离离x2=48 mm，则则小小车车在在0与与1两两点点间间的的平平均均速速度度为为v1=m/s，在在2与与3两两点点间间的的平平均均速速度度v2=m/s.据据此此可可判判定定小小车车做做_运动运动答案答案 0.30.48加速加速三、计算题三、计算题(11(11分分) )8利利用用速速度度传传感感器器与与计计算算机机结结合合，可可以以自自动动作作出出物物体体运运动动的的图图象象某某同同学学在在一一次
22、次实实验验中中得得到到运运动动小小车车的的v-t图图象象如如图图所示，请据此回答：所示，请据此回答：(1)小车做什么样的运动？小车做什么样的运动？(2)小车运动的最大速度约为多少？小车运动的最大速度约为多少？(3)小车运动的最大位移约为多少？小车运动的最大位移约为多少？解解析析 由由图图象象可可知知，在在08 s时时间间内内小小车车做做加加速速运运动动，在在814 s时时间间内内小小车车做做减减速速运运动动图图线线的的最最大大纵纵坐坐标标表表示示小小车车运运动动的的最最大大速速度度，约约为为0.8 m/s.曲曲线线与与横横坐坐标标轴轴(时时间间)所所包包围围的的“面面积积”表表示示小小车车运运
23、动动的的最最大大位位移移，通通过过割割补补法法处处理理可可得得，约为约为8.3 m.附加探究题附加探究题(10分分)9图图示示是是一一打打点点计计时时器器所所打打的的纸纸带带，将将直直尺尺靠靠在在纸纸带带边边，零零刻刻度度线线与与纸纸带带上上打打的的第第一一个个点点对对齐齐由由0到到1、2、3、点点的的距距离离分分别别用用d1、d2、d3表表示示，初初时时刻刻0到到1、2、3点点的的时时间间分分别别用用t1、t2、t3表表示示，测测量量出出d1、d2、d3的的值值并并填填入入表表中中,假假设设打打点点计计时时器器所所用用交交流流电电的的频频率率为为50 Hz，在在这这五五个个时时间段内位移和时
24、间有什么对应关系？间段内位移和时间有什么对应关系？距离距离d1d2d3d4d5测测量量值值(cm)探究思路探究思路直直接接由由图图可可读读出出d1、d2、d3、d4、d5的的值值，分分别别是是1.75 cm、2.90 cm、3.80 cm、4.50 cm、5.00 cm，根根据据打打点点计计时时器器的的性性质和图可知：质和图可知：t10.08 s，t20.14 s，t30.20 s，t40.26 s，t50.32 s，且且t21t32t43t540.06 s. 观观察察图图知知，随随着着时时间间的的延延续续，位位移移在在不不断断地地增增大大，但但相相同时间内发生的位移越来越小，说明物体运动得越来越慢同时间内发生的位移越来越小，说明物体运动得越来越慢
