第1章 第3課時

1、第3課時實驗：用打點計時器測速度研究學考·明確要求知識內(nèi)容用打點計時器測速度考試要求學考選考基本要求1.知道電磁打點(電火花)計時器的作用、外觀結(jié)構(gòu)及名稱2.知道打點計時器打相鄰兩個點的時間間隔，掌握電磁打點(電火花)計時器的使用方法3.能設(shè)計“用打點計時器測速度”的實驗記錄表4.會根據(jù)紙帶上點跡的疏密判斷速度的大小，并計算物體運動的平均速度5.理解用平均速度表示瞬時速度所采用的思想方法，會用該思想方法計算瞬時速度6.能運用實驗數(shù)據(jù)描繪vt圖象，并會根據(jù)畫出的圖象說明物體運動的快慢7.會借助傳感器測速度發(fā)展要求在計算瞬時速度時，會合理選取時間間隔說明1.不要求了解電磁打點(電火花)計

2、時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和技術(shù)細節(jié)2.不要求理解用氣墊導(dǎo)軌、光電門和數(shù)字計時器研究運動的原理知識點一了解并練習使用打點計時器基 礎(chǔ) 梳 理1打點計時器的作用及分類打點計時器是一種使用交流(填“交流”或“直流”)電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02_s打一次點，打點計時器和紙帶配合，可以記錄物體運動的時間及在一段時間內(nèi)的位移，供高中學生實驗用的計時器有電磁打點計時器和電火花計時器兩種。2電磁打點計時器(1)工作電壓：6_V以下的交流(填“交流”或“直流”)電源；(2)原理：接通交流電源后，振針上下振動。這時，如果紙帶運動，振針就通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點。3電火花計時器(1)工作電

3、壓：220 V交流(填“交流”或“直流”)電源；(2)原理：當接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡。4兩種計時器誤差比較電火花計時器使用中對紙帶運動阻力較小，因而系統(tǒng)誤差較小。思考打點計時器打點時，打點計時器和紙帶之間的摩擦會對物體的運動造成影響，用哪種打點計時器做實驗時，實驗誤差更小呢？答案因為電火花打點計時器是靠電火花和墨粉來打點的，所以對紙帶的運動帶來的阻力很小，使系統(tǒng)誤差更小。即 學 即 練1如圖1所示是電火花計時器的示意圖。電火花計時器和電磁打點計時器一樣，工作時使用_(選填“交流”或“直流”)電源，當電源的頻率是50 Hz時，每隔_ s

4、打一次點。其工作時的基本步驟如下：圖1A當紙帶完全通過電火花計時器后，立即關(guān)閉電源B將電火花計時器電源插頭插入相應(yīng)的電源插座C將紙帶從墨粉紙盤下面穿過電火花計時器D接通開關(guān)，聽到放電聲，立即拖動紙帶運動上述步驟正確的順序是_。(按順序填寫步驟編號)解析電火花計時器的工作電壓是220 V交流電，頻率為50 Hz時，打點時間間隔為0.02 s，工作時，應(yīng)先接通電源后釋放紙帶，并且打完紙帶后應(yīng)立即關(guān)閉電源，所以正確的順序是CBDA。答案交流0.02CBDA知識點二用打點計時器測平均速度和瞬時速度基 礎(chǔ) 梳 理1實驗步驟(1)把打點計時器固定在桌子上并穿好紙帶。(2)把打點計時器的兩個接線柱接到交流電

5、源上(電磁打點計時器接6 V低壓交流電，電火花計時器接220 V交流電)。(3)先接通電源開關(guān)，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點，隨后立即關(guān)閉電源。(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數(shù)為(n1)個，則紙帶的運動時間t(n1)×0.02 s。(5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到最后的點間的距離x。(6)根據(jù)紙帶計算平均速度用刻度尺測出n個點之間的間距x，n個點之間的時間t(n1)×0.02_s。則平均速度v。(7)根據(jù)打點計時器計算瞬時速度原理：取包含某一位置在內(nèi)的一小段位移x，根據(jù)v測出這一段位移內(nèi)的平均速度，

6、用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度。一般地，取以這個點為中間時刻的一段位移來計算。如圖2所示，E點的瞬時速度可用D、F兩點間的平均速度代表，即vE。圖2數(shù)據(jù)處理；把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O，以后的點分別標上A、B、C、D、，如圖3所示，依次測出各點到O點的距離，再算出OA、AB、BC、的距離x1、x2、x3、。圖3若打點計時器打點的周期為T，則A、B、C、D、各點的瞬時速度分別為：vA、vB、vC、vD、。把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運動速度的變化情況。位置ABCDEFGv/(m·s1)2.注意為了減小實驗誤差，A、B、C、D不一定是連續(xù)計時點，比如可以間隔T0

7、.1 s(即每隔四個點)取一個計數(shù)點，而計算計數(shù)點的瞬時速度時，x、t應(yīng)取此計數(shù)點前、后兩個點之間的位移和時間，即v。典 例 精 析【例1】 某次實驗打點計時器使用的交流電的頻率為50 Hz，紙帶的記錄如圖4所示，圖中O點為紙帶的第一個點，接下來的前幾個點模糊，因此從A點開始每打五個點取一個計數(shù)點：圖4(1)推測紙帶的運動是加速運動還是減速運動？_。(2)在打出A、F這兩點的時間間隔中，紙帶運動平均速度是_。(3)B點的瞬時速度為_。解析(1)從A點開始各相鄰計數(shù)點間的時間間隔為t0.02×5 s0.1 s，每隔0.1 s紙帶運動的位移分別是x12.15 cm、x22.89 cm、x

8、33.74 cm、x44.32 cm、x55.15 cm，說明紙帶做加速運動。(2)A、F間紙帶運動的平均速度為 m/s0.365 m/s(3)B點的瞬時速度可以用AC段的平均速度表示，故vBAC m/s0.252 m/s。答案(1)加速運動(2)0.365 m/s(3)0.252 m/s技巧點撥該題考查應(yīng)用“極限”的思想求物體的瞬時速度，其平均速度可由求出，求瞬時速度時，應(yīng)當取包含該點的盡可能短的時間間隔，由平均速度代替瞬時速度。即 學 即 練2在用打點計時器(電源頻率為50 Hz)研究物體做初速度為零的直線運動的某次實驗中，紙帶的記錄如圖5所示，圖中前幾個點模糊，因此從A點開始每5個點取一

9、個計數(shù)點，試根據(jù)紙帶求解以下問題：圖5(1)紙帶的哪一端與物體相連？(2)相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少？(3)BD段對應(yīng)的平均速度是多大？(4)打C點時瞬時速度的大小？解析(1)由物體的初速度為零，可判斷紙帶左端與物體相連。(2)由交流電源頻率為50 Hz知，相鄰計時點間的時間間隔為0.02 s，每5個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點間的時間間隔t5T0.1 s。(3)由紙帶可知xBD(49.6012.38) cm0.372 2 m。tBD2t0.2 s由平均速度公式得 m/s1.861 m/s。(4)C點瞬時速度近似等于BD段的平均速度，故vC1.861 m/s。答案(1)左端(2)0.1 s(3)

10、1.861 m/s(4)1.861 m/s知識點三由圖象表示速度基 礎(chǔ) 梳 理1vt圖象用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即可得到vt圖象。根據(jù)圖象形狀判斷物體的運動狀態(tài)。2vt圖象的意義vt圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，它并不是物體運動的軌跡。3勻速直線運動的vt圖象勻速直線運動的vt圖象是與時間軸平行的直線，如圖6所示，直線a，b分別表示va4 m/s，vb8 m/s。圖64圖象法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法之一。運用圖象法處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點，例如，能比較直觀地表達物理規(guī)律，能夠減小偶然誤差對實驗結(jié)果的

11、影響，能夠較方便地獲得某些未測量或無法直接測量的物理量。思考如圖7所示是某質(zhì)點做直線運動的vt圖象，試回答：圖7(1)AB、BC、CD段質(zhì)點分別做什么運動？(2)質(zhì)點在5 s末的速度多大？解析(1)根據(jù)題中vt圖象可知在AB段速度隨時間不斷增加，所以AB段表示質(zhì)點做加速運動；在BC段速度不隨時間而變化，所以BC段表示質(zhì)點做勻速運動；在CD段速度隨時間不斷減少，所以CD段表示質(zhì)點做減速運動。(2)質(zhì)點在5 s末的速度由題中vt圖象可知是15 m/s。答案(1)AB段表示質(zhì)點做加速運動；BC段表示質(zhì)點做勻速運動；CD段表示質(zhì)點做減速運動。(2)15 m/s典 例 精 析【例2】 在“用打點計時器測

12、速度”的實驗中，打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz，記錄小車運動的一段紙帶如圖8所示，在紙帶上選擇A、B、C、D、E、F六個計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。圖8(1)由紙帶提供的數(shù)據(jù)求出打C、E點時小車的速度并填入下表：計數(shù)點序號BCDE計數(shù)點對應(yīng)的時刻t/s00.10.20.3小車的速度v/(m·s1)0.250.45(2)根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，在下圖中作出小車運動的vt圖象。解析(1)用一段時間內(nèi)的平均速度代替中間時刻的瞬時速度，則vC0.35 m/svE0.55 m/s(2)畫出的vt圖象應(yīng)為一條傾斜的直線，如圖所示。答案(1)0.350.55(2)如解析圖所示

13、即 學 即 練3如圖9所示是用小車拖動、用打點計時器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的計數(shù)點。相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s。試求：圖9(1)打點計時器打下B點時小車的瞬時速度；(2)在下圖中作出小車的速度時間圖象。解析(1)vB m/s0.26 m/s(2)vC m/s0.30 m/svD m/s0.34 m/s速度時間圖象如圖所示答案(1)0.26 m/s(2)見解析圖1如圖10所示是某位同學練習使用打點計時器得到的紙帶，紙帶向左通過打點計時器，從點跡的分布情況可以看出；紙帶_是勻速通過打點計時器的，紙帶_是越走越快的，紙帶_先是越走越快，后來是越走越慢。圖10解析

14、從打點計時器打好的紙帶看，每相鄰兩個點跡之間的時間間隔相等，都是0.02 s，圖甲中紙帶相鄰的點跡間的距離相等，說明這條紙帶是勻速運動的。紙帶乙的相鄰的點跡間的距離越來越大，說明紙帶的速度越來越快。紙帶丙所描述的是相鄰點跡間的距離先增大后減小，說明紙帶運動是先快后慢的。答案甲乙丙2小明同學在學習了DIS實驗后，設(shè)計了一個測物體瞬時速度的實驗，其裝置如圖11所示。在小車上固定擋光片，使擋光片的前端與車頭齊平、將光電門傳感器固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端。小明同學將小車從該端同一位置由靜止釋放，獲得了如下幾組實驗數(shù)據(jù)。圖11實驗次序不同的擋光片通過光電門的時間/s速度/(m·s1)第一次

15、0.230 440.347第二次0.174 640.344第三次0.116 620.343第四次0.058 500.342則以下表述正確的是(多選)()A四個擋光片中，擋光片的寬度最?。籅四個擋光片中，擋光片的寬度最?。籆四次實驗中，第一次實驗測得的速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度；D四次實驗中，第四次實驗測得的速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度。解析若擋光片通過光電門的時間極短，可以用短程內(nèi)的平均速度來表示擋光片通過光電門時的瞬時速度。相同速度下，通過光電門的時間越短，說明擋光片寬度越小。時間越短，則平均速度越接近瞬時速度。答案BD3使用電磁打點計時器進行“用打點計時器測速度”

16、的實驗。(1)小明同學用6 V的蓄電池給打點計時器供電，他能不能在紙帶上打出一系列時間間隔相等的點？_(填“能”或“不能”)(2)請計算出下面紙帶中計數(shù)點a與f兩點間平均速度為_m/s。(保留兩位有效數(shù)字)圖12(3)下列哪兩點間的平均速度最接近d點的瞬時速度？_；(填選項前面字母)Ade兩點Bdf兩點Cdg兩點Ddh兩點答案(1)不能(2)0.72(3)A4電磁打點計時器和電火花計時器都是使用_電源的計時儀器，電磁打點計時器工作的電壓是_，電火花計時器工作的電壓是_。當電源頻率是50 Hz時，每隔_打一個點。如圖13所示為物體運動時打點計時器打出的一條紙帶，圖中相鄰的點間還有四個點未標出，已

17、知打點計時器接50 Hz的交流電源，則ae段的平均速度為_ m/s，d點的瞬時速度約為_ m/s。圖13解析電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電源的計時儀器，電磁打點計時器的工作電壓是6 V以下，電火花計時器的工作電壓是220 V。當電源的頻率是50 Hz時，打點計時器的打點周期是0.02 s。當每5個點取1個計數(shù)點時，相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔為T0.1 s，故ae段的平均速度為v m/s2.19 m/s，d點的瞬時速度最接近ce段的平均速度，故vd m/s3.28 m/s。答案交流6 V以下220 V0.02 s2.193.285一同學利用打點計時器打出的紙帶分析小車的運動速度時，從幾條紙帶中選出了一條