XX省專用學(xué)年高中物理第一章運(yùn)動描述第節(jié)實驗用打點(diǎn)計時器測速度講義含解析新人教必修

XX省專用學(xué)年高中物理第一章運(yùn)動的描繪第節(jié)實驗用打點(diǎn)計時器測速度講義含分析新人教版必修XX省專用學(xué)年高中物理第一章運(yùn)動的描繪第節(jié)實驗用打點(diǎn)計時器測速度講義含分析新人教版必修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第一章運(yùn)動的描繪第節(jié)實驗用打點(diǎn)計時器測速度講義含分析新人教版必修第4節(jié)實驗：用打點(diǎn)計時器測速度一、實驗?zāi)康?．認(rèn)識兩種打點(diǎn)計時器的構(gòu)造和工作原理，并學(xué)會安裝和使用。2．理解依據(jù)紙帶丈量速度的原理，學(xué)會大體丈量剎時速度。3．能利用v-t圖像分析物體的運(yùn)動。二、實驗原理1．兩種打點(diǎn)計時器的比較電火花計時器電磁打點(diǎn)計時器構(gòu)造圖示工作電壓220V溝通電6V以下溝通電打點(diǎn)方式周期性產(chǎn)生電火花振針周期性上、下振動打點(diǎn)周期0.02s0.02s記錄信息地點(diǎn)、時辰和位移、時間2．電磁打點(diǎn)計時器的工作原理以以下圖，當(dāng)給電磁打點(diǎn)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，振片在永遠(yuǎn)磁鐵磁場的作用下向上或向下運(yùn)動，因為溝通電的方向每個周期要變化兩次，所以振片被磁化后的磁極要發(fā)生變化，永遠(yuǎn)磁鐵對它的作使勁的方向也要發(fā)生變化。振動片的一端裝有打點(diǎn)針，當(dāng)紙帶從針尖下經(jīng)過時，便會打上一系列點(diǎn)。3．電火花計時器的工作原理電火花計時器是利用電火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點(diǎn)跡的計時儀器。使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，并夾在兩條紙帶間，當(dāng)接通220V溝通電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負(fù)極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動的紙帶上就打出一列點(diǎn)跡。4．測均勻速度、剎時速度的原理與運(yùn)動物體連在一起的紙帶上打出的點(diǎn)記錄了物體在不同樣時辰的地點(diǎn)，用刻度尺測出兩個計數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，這兩點(diǎn)間的時間間隔Δt，則均勻速度v＝eq\f(Δx,Δt)。當(dāng)Δt很短時，能夠以為eq\f(Δx,Δt)為t時辰的剎時速度。三、實驗器械電磁打點(diǎn)計時器(或電火花計時器)、學(xué)生電源(電火花計時器使用220V溝通電源)、刻度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等。四、實驗步驟1．把電磁打點(diǎn)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，而且壓在紙帶上邊。2．把電磁打點(diǎn)計時器的兩個接線柱接到6V的低壓溝通電源上。3．接通電源開關(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(diǎn)。隨后封閉電源。4．取下紙帶，從能看得清的某個點(diǎn)開始，今后數(shù)出若干個點(diǎn)，假如共有n個點(diǎn)，那么這n個點(diǎn)的間隔數(shù)為n－1，則紙帶的運(yùn)動時間Δt＝(n－1)×0.02s。5．用刻度尺丈量出這幾個點(diǎn)間的距離Δx。6．利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計算出紙帶在這段時間內(nèi)的均勻速度。7．把紙帶上能看得清的某個點(diǎn)作為初步點(diǎn)O，今后的點(diǎn)分別標(biāo)上A、B、C、D……作為“計數(shù)點(diǎn)”，以以下圖，挨次測出O到A、A到B、B到C……之間的距離x1、x2、x3……五、數(shù)據(jù)辦理1．計算剎時速度打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的周期為T，則A、B、C、D……各點(diǎn)的剎時速度分別為：vA＝eq\f(x1＋x2,2T)、vB＝eq\f(x2＋x3,2T)、vC＝eq\f(x3＋x4,2T)、vD＝eq\f(x4＋x5,2T)……把數(shù)據(jù)填入下表，依據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶能否做勻速運(yùn)動。地點(diǎn)ABCDEF(xn＋xn＋1)/mv/(m·s－1)2．利用v-t圖像分析物體的運(yùn)動(1)v-t圖像：用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，成立直角坐標(biāo)系。依據(jù)丈量的數(shù)據(jù)在座標(biāo)系中描點(diǎn)，此后用圓滑的曲線把這些點(diǎn)連結(jié)起來，即獲取以以下圖的v-t圖像。(2)圖像的意義：v-t圖像直觀地反應(yīng)了速度隨時間變化的狀況，注意它不是物體運(yùn)動的軌跡。六、偏差分析1．紙帶與打點(diǎn)計時器間的摩擦?xí)硐到y(tǒng)偏差，為減小偏差，應(yīng)選擇較平坦的紙帶做實驗。2．利用均勻速度來取代計數(shù)點(diǎn)的剎時速度存在系統(tǒng)偏差。為減小偏差，應(yīng)取以計數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移進(jìn)行計算。3．丈量計數(shù)點(diǎn)間的位移x會帶來有時偏差。減小此偏差的方法是一次丈量完成，即一次測出各計數(shù)點(diǎn)到初步計數(shù)點(diǎn)O的距離，再分別計算出各計數(shù)點(diǎn)間的距離。4．作v-t圖像時坐標(biāo)單位選定的不合理，或許作圖粗拙也會帶來有時偏差。七、注意事項1．實驗前，應(yīng)將打點(diǎn)計時器固定好，免得拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試?yán)垘В瑧?yīng)無顯然的阻滯現(xiàn)象。2．使用計時器打點(diǎn)時，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計時器打點(diǎn)堅固后再拉動紙帶。3．手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些，以防點(diǎn)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(diǎn)計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下邊。5．使用電磁打點(diǎn)計時器時，如打出點(diǎn)較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。6．打點(diǎn)計時器不可以夠連續(xù)工作太長時間，打點(diǎn)今后應(yīng)立刻封閉電源。[例1]用打點(diǎn)計時器可測紙帶運(yùn)動的時間和位移。下邊是沒有按操作次序?qū)懙牟粓A滿的實驗步驟，依據(jù)你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適合的內(nèi)容，此后按實質(zhì)操作的合理次序，將各步驟的字母代號寫在空白處。A．在電磁打點(diǎn)計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別接在低壓________(填“溝通”或“直流”)電源的兩個接線柱上。B．把電磁打點(diǎn)計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過________，并壓在________下邊。C．用刻度尺丈量從計時開始點(diǎn)到最后一個點(diǎn)間的距離Δx。D．切斷電源，取下紙帶，假如共有n個清楚的點(diǎn)，則這段紙帶記錄的時間Δt＝________。E．翻開電源開關(guān)，再用手水平川拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。F．利用公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)計算紙帶運(yùn)動的均勻速度。實驗步驟的合理次序是__________。[分析]打點(diǎn)計時器使用溝通電；把電磁打點(diǎn)計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，并壓在復(fù)寫紙下邊；若打n個點(diǎn)，則有(n－1)個時間間隔，故這段紙帶記錄的時間Δt＝(n－1)×0.02s；實驗步驟的擺列一般要按先安裝器械此后進(jìn)行實驗的思路進(jìn)行，故實驗步驟的合理次序是：BAEDCF。[答案]溝通限位孔復(fù)寫紙(n－1)×0.02sBAEDCF[例2]打點(diǎn)計時器所用電源的頻次為50Hz，某次實驗中獲取的一條紙帶，用毫米刻度尺丈量以以下圖，紙帶在A、C間的均勻速度為______m/s，在A、D間的均勻速度為________m/s，B點(diǎn)的剎時速度更湊近于______m/s。[分析]由題意知，相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔為0.02s。A、C間的距離為14mm＝0.014m，A、D間的距離為25mm＝0.025m。由公式v＝eq\f(Δx,Δt)得vAC＝eq\f(0.014,2×0.02)m/s＝0.35m/s，vAD＝eq\f(0.025,3×0.02)m/s≈0.42m/s。B點(diǎn)的剎時速度更湊近于0.35m/s。[答案]0.350.420.35[例3]以以下圖，是一條利用打點(diǎn)計時器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出，各計數(shù)點(diǎn)到0的距離以以下圖。求出各計數(shù)點(diǎn)的剎時速度并畫出速度－時間圖像。[分析]1點(diǎn)對應(yīng)時辰是0、2之間的中間時辰，求出0、2間的均勻速度即能夠為是1點(diǎn)的剎時速度，同理2、3、4、5點(diǎn)的剎時速度也可求出。而相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T＝0.1s。故v1＝eq\f(x02,2T)＝eq\f(3.9×10－2,2×0.1)m/s＝0.195m/s，v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(9×10－2－1.0×10－2,2×0.1)m/s＝0.40m/s，同理v3＝0.61m/s，v4＝0.69m/s，v5＝0.70m/s。以0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示速度成立直角坐標(biāo)系。依據(jù)前面計算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，此后連線獲取速度－時間圖像以以下圖。[答案]看法析1．(多項選擇)使用打點(diǎn)計時器時應(yīng)注意()A．不論使用電磁打點(diǎn)計時器仍是電火花計時器，都應(yīng)當(dāng)把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶上邊B．使用打點(diǎn)計時器時應(yīng)先接通電源，再拉動紙帶C．使用打點(diǎn)計時器時，拉動紙帶的方向應(yīng)與限位孔平行D．打點(diǎn)計時器只好連續(xù)工作很短時間，打點(diǎn)今后要立刻封閉電源分析：選BCD電磁打點(diǎn)計時器需要使用復(fù)寫紙，電火花計時器不需要用復(fù)寫紙，選項A錯誤；實驗時應(yīng)當(dāng)先接通電源，再拉動紙帶，選項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，選項C正確；打點(diǎn)計時器不可以夠長時間連續(xù)工作，打點(diǎn)完成后應(yīng)立刻封閉電源，選項D正確。分析：選B勻速直線運(yùn)動中相等位移所用的時間相等。經(jīng)過題意打點(diǎn)計時器打出的點(diǎn)與點(diǎn)之間的時間都同樣，只需點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離相等，即可判斷物體做勻速直線運(yùn)動。3．在實驗中獲取小車做直線運(yùn)動的x-t關(guān)系圖像以以下圖。(1)由圖能夠確立，小車在AC段和DE段的運(yùn)動分別為()A．AC段是加快運(yùn)動；DE段是勻速運(yùn)動B．AC段是勻速運(yùn)動；DE段是加快運(yùn)動C．AC段和DE段都是勻速運(yùn)動D．AC段和DE段都是加快運(yùn)動(2)在與AB、AC、AD對應(yīng)的均勻速度中，最湊近小車在A點(diǎn)剎時速度的是________段中的均勻速度。分析：(1)在x-t關(guān)系圖像中，AC段顯示同樣時間內(nèi)位移在增大，所以小車在做加快運(yùn)動；DE段圖線是直線，說明小車做勻速運(yùn)動。(2)在AB、AC、AD三個階段，AB段的均勻速度最湊近小車在A點(diǎn)時的速度。答案：(1)A(2)AB4．如圖是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動實驗中獲取的一條紙帶。(1)已知打點(diǎn)計時器電源頻次為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時間間隔為________。(2)A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點(diǎn)，每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)沒有畫出，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s＝________；C點(diǎn)對應(yīng)的速度是________(計算結(jié)果保存三位有效數(shù)字)。分析：毫米刻度尺應(yīng)估讀到0.1mm，故AB間的距離為1.70cm－1.00cm＝0.70cm，vC＝eq\f(BD,2T)＝eq\f(2.00×10－2,2×0.1)m/s＝0.100m/s。答案：(1)0.02s(2)0.70cm(0.68cm～0.72cm均可)0.100m/s5．在測定速度的實驗中，使用打點(diǎn)計時器測小車的速度，實驗獲取的一條紙帶以以下圖，0、1、2、3、4是采用的計數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有3個打出的點(diǎn)沒有在圖上標(biāo)出。圖中還畫出了實驗時將毫米刻度尺靠在紙帶進(jìn)步行丈量的狀況，讀出圖中所給的丈量點(diǎn)的讀數(shù)分別是________、________、________和______。1、3兩點(diǎn)間的均勻速度是______m/s,1、4兩點(diǎn)間的均勻速度是______m/s,2點(diǎn)的速度更湊近于________m/s。分析：由毫米刻度尺可讀出0、1、3、4點(diǎn)的讀數(shù)分別是10.00cm、12.60cm、22.60cm、30.00cm。由題意知各計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔Δt＝4×0.02s＝0.08s，由讀數(shù)可得1、3兩點(diǎn)和1、4兩點(diǎn)間的位移大小分別是Δx1＝22.60cm－12.60cm＝10.00cm，Δx2＝30.00cm－12.60cm＝17.40cm，則1、3和1、4兩點(diǎn)間的均勻速度分別是eq\x\to(v)1＝eq\f(Δx1,Δt1)＝eq\f(10.00×10－2,0.16)m/s＝0.625m/s，eq\x\to(v)2＝eq\f(Δx2,Δt2)＝eq\f(17.40×10－2,0.24)m/s＝0.725m/s，1、3兩點(diǎn)更湊近于2點(diǎn)，故2點(diǎn)的剎時速度更湊近于1、3兩點(diǎn)間的均勻速度0.625m/s。答案：10.00cm12.60cm22.60cm30.00cm0.6250.7250.6256．像打點(diǎn)計時器同樣，光電計時器也是一種研究物體運(yùn)動狀況的常用計時儀器，其構(gòu)造如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射、接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間經(jīng)過時，光電計時器就能夠顯示物體的擋光時間。現(xiàn)利用圖乙所示裝置丈量，圖中MN是水平桌面，PQ是長1m左右的木板，Q是木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在木板上適合地點(diǎn)的兩個光電門，與之連結(jié)的兩個光電計時器沒有畫出。讓滑塊從木板的頂端滑下，光電門1、2各自連結(jié)的計時器顯示的擋光時間分別為5.0×10－2s和2.0×10－2s。用游標(biāo)卡尺丈量滑塊的寬度d＝5.015cm。則：(1)滑塊經(jīng)過光電門1的速度v1的大小是多少？(2)滑塊經(jīng)過光電門2的速度v2的大小是多少？分析：因為滑塊經(jīng)過兩光電門的時間極短，故可用滑塊經(jīng)過光電門的均勻速度取代其經(jīng)過的剎時速度。故v1＝eq\f(d,t1)＝eq\f(5.015×10－2,5.0×10－2)m/s＝1.003m/s；v2＝eq\f(d,t2)＝eq\f(5.015×10－2,2.0×10－2)m/s≈2.508m/s。答案：(1)1.003m/s(2)2.508m/s7．如圖(a)所示，裝置甲中掛有小桶的細(xì)線繞過定滑輪，固定在小車上；裝置乙中橡皮筋的一端固定在導(dǎo)軌的左端，另一端系在小車上。一起學(xué)用裝置甲和乙分別進(jìn)行實驗，經(jīng)正確操作獲取兩條紙帶①和②，如圖(b)所示，紙帶上的a、b、c、…均為打點(diǎn)計時器打出的點(diǎn)。(1)任選一條紙帶讀出b、c兩點(diǎn)間的距離為________。(2)任選一條紙帶求出c、e兩點(diǎn)間的均勻速度大小為______，紙帶①和②上c、e兩點(diǎn)間的均勻速度eq\x\to(v)①______(選填“大于”“等于”或“小于”)eq\x\to(v)②。分析：(1)選紙帶①讀出b、c兩