高一上学期物理人教版必修一学案：1.4实验：用打点计时器测速度无答案

学员姓名： 年 级 ：高中一年级 辅导科目：物理 学科教师： 授课日期： 授课时段： 授课主题 实验：用打点计时器测速度 教学目的 理解速度和平均速度的概念。 教学重点 了解两种打点计时器的结构和工作原理；会安装并使用打点计时 器；理解根据纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度；明确速度— 时间图象的意义。 教学内容 一、实验原理 1.两种打点计时器的原理构造(如图) 项目 电磁打点计时器 电火花计时器 原理 电磁作用下振针振动打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘 放电打点 电源 4-6 V 交流电源 220 V 交流电源 打点周期 0.02 s 0.02 s 优缺点 振针和纸带间有摩擦以及限位孔和纸带间存在摩 擦,系统误差较大 阻力极小,系统误差较小 2.根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度 (1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为 0.02 s(电源频率为 50 Hz),所以点迹密集的地方表 示纸带运动的速度很小。 (2)根据 v= t x   求出任意两点间的平均速度，这里 x 可以是用直尺测量出两点间的距离， t 为 两点间的时间间隔数与 0.02s 的乘积，这里必须明确所求的是那两点的平均速度。 3.粗略计算瞬时速度 如图所示,D 的瞬时速度可以粗略地由包含 D点在内的两点间的平均速度来表示,即可以用 B、 F(或 C、E)两点间的平均速度来代替 D 点的瞬时速度。 4.v-t 图象与其画法 为了更直观地反映物体的运动情况,我们可以用 v-t 图象来表示速度随时间的变化规律。 以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系,根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值, 在坐标系中描点,最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度 v 与时间 t 关系 的图线。 二、实验步骤 1.练习使用打点计时器 (1)把打点计时器固定在桌子上,了解它的结构。 (2)按照说明把纸带装好。 (3)接通电源,用手水平地拖动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。 2.用打点计时器测量瞬时速度 (1)取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出若干点。将数出的点数 n 及这些点划分出来的 间隔数填入表中。并据此计算出纸带从第一个点到第 n 个点的运动时间 t,将结果填入表中。 (2)用刻度尺测量出第一个点到第 n 个点的距离Δx,并填入表中。 (3)根据纸带从第一个点到第 n 个点的运动时间 t 和第一个点到第 n 个点的距离Δx,计算出纸带 在时间 t 内运动的平均速度 v,并填入表中。 点数 间隔数 运动时间 t/s 位移Δx/m 平均速度 v/(m·s-1) 五、数据处理 1.用打点计时器测量瞬时速度 用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内某点的瞬时速度。所取的时间间隔越接近该 点,这种描述方法越准确。 如图所示,测量出包括 D 点在内的 B、F 两点间的位移Δx 和时间Δt,算出纸带在这两点间的 平均速度 v Δ Δ , 用这个平均速度代表纸带经过 点时的瞬时速度。 t x   可以大致表示 D 点的瞬时速度，B、F 两点离 D 点越近，算出的平均速度越接近 D 的瞬时 速度。需要注意的是 B、F 两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点 2.用 v-t 图象描述物体的速度 (1)v-t 图象的画法: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,即得到如图所示的 v-t 图象。 (2)v-t 图象的意义:v-t 图象非常直观地表示速 度随时间变化的情况,它不是物体运动的轨迹。 (3)图象法是处理实验数据的常用方法。运用图象处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易 懂,可以减小误差,可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。 六、误差分析 1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较 小位移Δx 来求平均速度。 2.分段测量计数点间的位移 x 带来误差。为减小此误差,应一次性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。 七、实验注意事项 1.正确安装复写纸,调节复写纸位置,使纸带从复写纸圆片下穿过。 2.将计时器接入 50 Hz 交流电源,电磁打点计时器应从交流 4 V 开始,观察振片振动情况,若振幅 较小,再升高电压至 6 V。 3.接通电源,计时器工作,待 1-2 s 后再拖动纸带打出点迹。观察点迹是否清晰,打完点后,立即关 闭电源(打点计时器是按间歇工作设计的,避免线圈过热而损坏)。 4.在纸带上打不出点或点迹颜色过淡的情况下,纠正的方法有三种:电源电压较低,可适当调高; 调整复写纸位置或更换复写纸;调整打点计时器的振针高度。 5.画 v-t 图象时,横轴与纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取,使描绘 的图象能充满坐标平面的大部分空间。 6.画 v-t 图象时,不可以用折线将坐标系中所描绘的点进行连接,而应用一条平滑曲线来“拟合” 坐标系中所描出的点。这样,曲线反映的规律才更接近真实情况。 【例题 1】一同学在使用电磁打点计时器时,纸带上的点不是圆点而是一些短线,产生这一现象的 原因可能是( ) A.接在直流电源上 B.电源电压不稳 C.电源频率不稳 D.打点针压得过紧 【例题 2】 某次实验时打出的纸带如图所示,打点计时器每隔 0.02 s 打一个点,图中 O 点为第一 个点,A、B、C、D 为每两点选定一个计数点。根据图中标出的数据,问:打 A、D 点时间间隔内纸 带的平均速度有多大?打 B 点时刻纸带的瞬时速度有多大?你能算出打 OD 点时间间隔内纸带的平 均速度吗? 【例题 3】 一条利用打点计时器打出的纸带如图所示,0、1、2、3、4、5、6 是七个计数点,每相 邻两个计数点之间还有四个点未画出,各计数点到 0 的距离如图所示。求出打计数点 1、2、3、4、 5 时对应的纸带的瞬时速度并画出速度—时间图象。 练一练 1．关于打点计时器的使用，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．纸带上打的点越密，说明物体运动得越快 2．在“练习使用打点计时器”的实验中，下列操作正确的是( ) A．打点前，小车应靠近打点计时器处，要先接通电源，待计时器开始打点稳定后再释放小车 B．舍去纸带上开头比较密集的点，然后选取计数点 C．打点频率为 50 Hz，若每隔四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔为 0.1 s D．实验中应使小车速度尽量小些 3．如图 145 所示是一位同学使用打点计时器得到的两条纸带，他将两条纸带(甲、乙)上下并 排放在一起进行比较，在图中 A、B 两点之间，两条纸带(甲、乙)运动的时间之比是( ) 图 145 A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．无法比较 4.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Δx. 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Δt＝________. 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＝ΔxΔt 计算纸带运动的平均速度． 实验步骤的合理顺序是________________． 5.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 143 所示， 每两个相邻的计数点之间的时间间隔为 0.10 s．(本题计算结果均保留 3 位有效数字) 图 143 (1)在实验中，使用打点计时器时应先________再______(选填“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 0.10 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． vB vC vD vE vF 数值(m·s－1) 0.640 0.721 (4)将 B、C、D、E、F 各个时刻的瞬时速度标在图 144 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. 课后作业 基础巩固 1 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 2 利用打点计时器打下的纸带( ) A.能准确测出某点的瞬时速度 B.能粗略测出某点的瞬时速度 C.能准确测出某段时间内的平均速度 D.可用任意两点间的平均速度代表某点的瞬时速度 3 使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中: (1)在下列基本步骤中,正确的排列顺序为 。 A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安放纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通 220 V 交流电源 E. 按下脉冲输出开关,进行打点 (2)在安放纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 上。 4 电源的频率为 50 Hz 时,振针每隔 0.02 s 打一个点。现在用打点计时器测定物体的速度,当 电源频率低于 50 Hz 时,如果仍按 50 Hz 的时间间隔打一个点计算,则测出的速度数值将比物体 的真实值 。 5 在“用打点计时器测速度”的实验中,打点计时器使用的交变电流的频率为 50 Hz,记录小车 运动的纸带如图所示,在纸带上选择标 0、1、2、3、4、5 的 6 个计数点,相邻两计数点之间还有 四个点未画出。纸带旁并排放着最小分度为毫米的刻度尺,刻度零点跟“0”计数点对齐,由图可 以读出三个计数点 1、3、5 跟 0 点的距离填入下列表格中。 距离 d1 d2 d3 测量值/cm 计算打计数点“2 时”小车的瞬时速度 v2= m/s。 能力提升 1 在研究小车的运动实验中,由打点计时器打出纸带,下列关于选取计数点的说法不正确的是 ( ) A.用计数点进行测量计算,既方便又可减小误差 B.相邻计数点间的时间间隔应是相等的 C.相邻计 数点间的距离应当是相等的 D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来的,相邻计数点间点痕的个数相等 2 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 3 某次实验中打出的一条纸带如图所示,图中 O 为小车运动的起始点,O 点到 A 点之间点迹密集 且有部分点不清晰。A、B、C、D、E、F、G 为所选取的计数点,相邻两个计数点之间有 4 个点未 画出,电源频率为 50 Hz,用毫米刻度尺测量。可得( ) A.从 O 点到 F 点运动的时间为 6×0.1 s B.从 O 点到 F 点运动的时间为 6×0.02 s C.从 A 点到 F 点运动的平均速度 5 × 0.1s 0.5sD.通过测量 xOG 的长度,可知小车从 O 到 G 的位移大小 4 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如图所示,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 x1=5.18 cm,1、2 间的距离 x2=4.40 cm,2、3 间的距离 x3=3.62 cm,3、4 间的距离 x4=2.78 cm,4、5 间的距离 x5=2.00 cm,5、6 间的距 离 x6=1.22 cm(每 0.02 s 打一次点)。 (1)根据上面记录,计算打点计时器在打 1、2、3、4、5 点时的速度并填在表中。 位置 1 2 3 4 5 v/(m·s-1) (2)根据(1)中表格,在图中画出小车的速度—时间图象, 并说明小车速度变化特点。 5 某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做直线运动小车的运动情况。实验中获得一条 纸带如图所示。其中两相邻的计数点间有四个点未画出。已知所用电源的频率为 50 Hz,则打相 邻 两 个 计 数 点 的 时 间 为 s 。 打 A 、 C 点 时 小 车 运 动 的 速 度 vA= m/s,vC= m/s。 [来源:学|科|网 Z|X|X|K] 6 在“用打点计时器测速度”的实验中,一条记录小车运动情况的纸带如图所示,在其上取 了 A、 B、C、D、E 5 个计数点,每相邻两个计数点之间还有 4 个点图中没有画出,电火花计时器接在 220 V、50 Hz 的交流电源上。 (1)由纸带上的数据计算 vB= m/s,vC= m/s,vD= m/s。(此题计算结果均 保留三位有效数字) (2)在如图所示坐标系中作出小车的 v-t 图线(以打 A 点时开始计时)。