高中物理人教必修一第1.4課 實驗用打點計時器測速度解析版

1、第1.4課（實驗）用打點計時器測速度一、實驗原理1.兩種打點計時器的比較電磁打點計時器的工作原理如圖所示，當(dāng)給電磁打點計時器的線圈通電后，線圈產(chǎn)生磁場，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運(yùn)動，由于交流電的方向每個周期要變化兩次，因此振片被磁化后的磁極要發(fā)生變化，永久磁鐵對它的作用力的方向也要發(fā)生變化振動片的一端裝有打點針，當(dāng)紙帶從針尖下通過時，便會打上一系列點二、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、學(xué)生電源(電火花計時器使用220 V交流電源)、刻度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等。打點計時器的作用1. 測時間（直接測出，電源頻率 50 Hz，每隔 0.02 s秒打

2、一個點）。2. 測位移（直接測出）。3. 測紙帶的速度（間接測出），研究物體的運(yùn)動。4.分析紙帶 研究物體運(yùn)動用打點計時器測量瞬時速度（1）測平均速度：方法：先取計數(shù)點0，1，2，3，4用刻度尺量出計數(shù)點間的距離（位移）x，計入表格，同時記下對應(yīng)的時間t，然后根據(jù)公式算出平均速度。（2）測瞬時速度：當(dāng)t無限小的時候，兩點間的平均速度近似等于兩點間某點的瞬時速度，故用兩點間的平均速度代替兩點間某點的瞬時速度。三、實驗過程1.實驗步驟(1)把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到6 V的低壓交流電源上。(3)接通電

3、源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運(yùn)動，紙帶上就打下一系列點。隨后關(guān)閉電源。(4)重復(fù)步驟(2)、(3)，獲得35條紙帶。(5)選擇一條點跡清晰便于分析的紙帶，往后數(shù)n個點，n個點之間的間隔數(shù)為(n1)，紙帶從打第1個點到打第n個點的運(yùn)動時間t0.02(n1) s。(6)用刻度尺測量出第1個點到第n個點間的距離x。2.數(shù)據(jù)處理(1)計算紙帶的平均速度：從打第1個點到打第n個點，紙帶的運(yùn)動時間為t0.02(n1)s，紙帶的位移為x，紙帶的平均速度veq f(x,t)。把測量和計算的結(jié)果填入表中。(2)用打點計時器測量瞬時速度選取一條點跡清晰便于分析的紙帶。從能夠看清的某個點開始，每隔四個

4、點取一個計數(shù)點，每兩個計數(shù)點間的時間間隔T50.02 s0.1 s。在紙帶上用O、A、B、C、D標(biāo)出這些“計數(shù)點”，如圖所示。用刻度尺依次測出OA、OB、OC、OD的距離是s1、s2、s3、s4，再利用x1s1、x2s2s1、x3s3s2確定出OA、AB、BC、CD之間的距離x1、x2、x3、x4A、B、C、D各點的瞬時速度分別為vAeq f(x1x2,2T)、vBeq f(x2x3,2T)、vCeq f(x3x4,2T)、vDeq f(x4x5,2T)(3)用vt圖象描述物體的速度以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)不同時刻的瞬時速度值，在坐標(biāo)系中描點。用平滑曲線把這些點連接起來

5、，即得到vt圖象。四、誤差分析1.利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差，應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移x來求平均速度。2.測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成，即一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離，再分別計算出各計數(shù)點間的距離。3.計數(shù)點間的時間t搞錯。n個計數(shù)點間的時間間隔為t(n1)0.02 s。而非tn0.02 s。4.作vt圖象不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差。五、注意事項1.實驗前，應(yīng)將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。2.使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器

6、打點穩(wěn)定后再拉動紙帶。3.手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些，以防點跡太密集。4.使用電火花計時器時，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。5.使用電磁打點計時器時，如打出點較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。6.打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。1.用如圖所示的計時裝置可以近似測出氣墊導(dǎo)軌上滑塊的瞬時速度.已經(jīng)固定在滑塊上的遮光條的寬度為4.0 mm，遮光條經(jīng)過光電門的遮光時間為0.040 s，則滑塊經(jīng)過光電門位置時的速度大小為()A.0.10 m/s B.100 m/s C.4.0 m/s D.0.40 m/s

7、【答案】A【解析】遮光條經(jīng)過光電門的遮光時間很短，所以可以把遮光條經(jīng)過光電門的平均速度當(dāng)作滑塊經(jīng)過光電門位置時的瞬時速度，即vm/s0.10m/s，A正確.2.一同學(xué)從家中出發(fā)，沿平直的馬路以一定的速率走到郵局.發(fā)信之后，沿原路以相同的速率返回.設(shè)出發(fā)時方向為正方向，則下圖中能描述該同學(xué)運(yùn)動情況的vt圖象是()A. B. C. D.【答案】B【解析】規(guī)定出發(fā)時方向為正方向，則返回時的速度必為負(fù)，故C錯；由于速率不變，故D錯；A圖表示兩個同時向相反方向運(yùn)動的物體的vt圖象，故A錯.3.(多選)使用電磁打點計時器下列說法正確的是()A.電磁打點計時器使用低壓交流電源，交流電頻率為50 HzB.紙帶

8、必須穿過限位孔，并注意把紙帶放在復(fù)寫紙上方C.要先通電，后釋放紙帶，紙帶通過后立即切斷電源D.為減小摩擦，每次測量應(yīng)先將紙帶拉直【答案】ACD【解析】電磁打點計時器使用低壓交流電源，交流電頻率為50 Hz，A正確；紙帶應(yīng)穿過限位孔，并放在復(fù)寫紙下方，B錯誤；為了提高紙帶的利用率，同時為了使打點穩(wěn)定，使用打點計時器時要先接通電源，后釋放紙帶，C正確；為減小摩擦，每次測量應(yīng)先將紙帶拉直，D正確.4.(多選)使用打點計時器測量瞬時速度時應(yīng)注意()A.無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器，都應(yīng)該把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面B.使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，再拉動紙帶C.使用打

9、點計時器在拉動紙帶時，拉動的方向應(yīng)與限位孔平行D.打點計時器只能連續(xù)工作較短時間，打點之后要立即關(guān)閉電源【答案】BCD【解析】電磁打點計時器使用復(fù)寫紙，電火花打點計時器不用復(fù)寫紙，A錯；實驗時應(yīng)當(dāng)先接通電源，再拉動紙帶， B正確；為減小摩擦，拉動紙帶的方向應(yīng)當(dāng)與限位孔平行， C正確；打點計時器不能長時間連續(xù)工作，D正確.5.(多選)兩木塊自左向右運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下木塊每次曝光時的位置，如圖所示，連續(xù)兩次曝光的時間間隔是相等的，由圖可知()A.上木塊做加速運(yùn)動，下木塊做勻速運(yùn)動B.在時刻t2以及時刻t5木塊速度相同C.在時刻t2以及時刻t5間，上木塊的平均速度與下木

10、塊速度相同D.在時刻t3和時刻t4間某瞬時兩木塊速度相同【答案】ACD【解析】上面木塊在相等時間內(nèi)的位移之差越來越大，知上木塊做加速運(yùn)動，下木塊在相等時間內(nèi)的位移大小相等，做勻速直線運(yùn)動，A正確；設(shè)每一小格寬度為d，則上木塊在時刻t2的速度v2，下木塊的速度v，B錯誤；在時刻t2以及時刻t5間，上下木塊運(yùn)動的位移大小相等，時間相等，則平均速度相等，C正確；t3時刻的速度v3v；t4時刻的速度v4v，可見在此時間內(nèi)必有一時刻兩物體速度相等，D正確.6.如圖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.其工作時的基本步驟如下：A.當(dāng)紙帶完全

11、通過電火花計時器后，及時關(guān)閉電火花計時器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打點計時器D.接通開關(guān)，聽到放電聲，立即拖動紙帶運(yùn)動上述步驟正確的順序是.（按順序填寫步驟編號）【答案】交流CBDA【解析】電火花計時器和電磁打點計時器一樣，工作時使用交流電源，當(dāng)電源的頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點；實驗步驟要遵循先安裝器材后進(jìn)行實驗的原則進(jìn)行.上述步驟正確的順序是CBDA.7.電磁打點計時器和電火花打點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V，電火花打點計時器工作的電壓是V.當(dāng)電源頻率是50HZ時，它每隔打一個點.【答案】交流，46，

12、220，0.02.【解析】電磁打點計時器和電火花打點計時器都是使用交流電源的計時儀器，電磁打點計時器工作的電壓是46V，電火花打點計時器工作電壓是220V，當(dāng)電源頻率是50Hz時，它每隔0.02打一個點.8.某同學(xué)在研究被重物牽引的小車速度隨時間變化的關(guān)系的實驗中得到一條紙帶，如圖所示O、A、B、C、D、E、F是紙帶上的七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，用x1、x2、x3、x4、x5、x6表示相鄰兩個計數(shù)點間的距離，在紙帶的下方用毫米刻度尺測量計數(shù)點間的距離（零刻度線與O點對齊），已知打點計時器電源頻率為50Hz，那么，打下A、B兩點的時間間隔為s，A點讀數(shù)為cm；可計算出B、

13、C兩點間距離=cm；C點對應(yīng)的速度大小是m/s，小車運(yùn)動的加速度為m/s2.（上述計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.【答案】0.10，0.70，0.080，0.20.【解析】每相鄰兩個計數(shù)間有四個點沒有畫出，相鄰的計數(shù)點時間間隔為0.10s，A點讀數(shù)為0.30cm；利用毫米刻度尺測出B、C兩點間距x3=7.0mm=0.70 cm某時刻的瞬時速度等于一段時間內(nèi)的平均速度為：vC=m/s=0.080m/s，由于相鄰的時間間隔位移之差相等，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式推論得：a=0.20m/s29.一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號，

14、如圖甲所示，1位置恰對應(yīng)小球剛開始運(yùn)動的瞬間，作為零時刻.攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同.(1)小球從1位置到6位置的運(yùn)動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v10，v20.06 m/s，v3_ m/s，v40.18 m/s，v5_ m/s.(2)在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度時間圖象(保留描點痕跡).【答案】0.120.24【解析】如題圖所示，x1x20.06 m，而v2m/s0.06 m/s，故T0.5 s，則v3m/s0.12 m/s，又x4x50.24 m，則v5m/s0.24 m/s.其vt圖象如圖所示.10.小華同學(xué)在做“用打點計時器測速度”的實驗時，從打下的若干紙帶中選出了如圖1

15、所示的一條紙帶，已知打點計時器使用的電源頻率為50Hz，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，各計數(shù)點到0點的距離如紙帶上所示.（1）為了達(dá)到實驗的目的，除了有打點計時器、紙帶、小車、細(xì)繩、導(dǎo)線、低壓交流電源、小木塊、長木板外，還需要的儀器有A.刻度尺B.鐵架臺C.停表D.天平（2）圖中兩計數(shù)點的時間間隔為T=s.（3）根據(jù)紙帶提供的信息，小華同學(xué)已經(jīng)計算出了打下1、2、3、4、6這五個計數(shù)點時小車的速度，請你幫助他計算出打下計數(shù)點5時小車的速度5=m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字），并填入表中.（4）以速度v為縱軸、時間t為橫軸在圖2坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)表中的v、t數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點，并作出小車運(yùn)動的vt圖象.（5）根據(jù)vt圖象可知，小車運(yùn)動的加速度大小為m/s2（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）.【答案】（1）A（2）0.1s（3）0.530（4）如