2021-2022高中物理第一章運(yùn)動(dòng)的描述第4節(jié)實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度1教案新人教版必修1202203152103

PAGEPAGE7實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度[目標(biāo)定位]1.了解兩種計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會(huì)安裝和使用.2.掌握測(cè)瞬時(shí)速度的方法，會(huì)用打出的紙帶求瞬時(shí)速度.3.會(huì)用圖象表示速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．一、了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器1．作用及分類打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，它每隔0.02_s打一次點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶配合，可以記錄物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間及在一段時(shí)間內(nèi)的位移，供高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的計(jì)時(shí)器有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器兩種．2．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)工作電壓：6_V以下的交流電源；(2)原理：接通交流電源后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動(dòng)起來(lái)，帶動(dòng)其上的振針上下振動(dòng)．這時(shí)，如果紙帶運(yùn)動(dòng)，振針就通過(guò)復(fù)寫(xiě)紙?jiān)诩垘狭粝乱恍行↑c(diǎn)．3．電火花計(jì)時(shí)器(1)工作電壓：220_V交流電源；(2)原理：當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開(kāi)關(guān)時(shí)，計(jì)時(shí)器發(fā)出的靜脈電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤(pán)到紙盤(pán)軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動(dòng)的紙帶上打出一行點(diǎn)跡．4．兩種計(jì)時(shí)器誤差比較電火花計(jì)時(shí)器使用中運(yùn)動(dòng)阻力極小，因而系統(tǒng)誤差較小．想一想：計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，計(jì)時(shí)器和紙帶之間的摩擦?xí)?duì)物體的運(yùn)動(dòng)造成影響，用哪種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)誤差更小呢？答案因?yàn)殡娀鸹ù螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器是靠電火花和墨粉來(lái)打點(diǎn)的，所以對(duì)紙帶的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的阻力很小，使系統(tǒng)誤差更?。?、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量平均速度根據(jù)v＝eq\f(Δx,Δt)可求出任意兩點(diǎn)間的平均速度，其中Δx是紙帶上兩點(diǎn)間的距離，Δt是這兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔．想一想：如果紙帶上的點(diǎn)跡分布不均勻，點(diǎn)跡密集的地方表示運(yùn)動(dòng)的速度較大還是較小？答案較小三、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度紙帶上某一位置的瞬時(shí)速度，可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移Δx內(nèi)的平均速度表示，即根據(jù)v＝eq\f(Δx,Δt)，當(dāng)Δt或Δx較小時(shí)，用這個(gè)平均速度代表紙帶經(jīng)過(guò)該位置的瞬時(shí)速度．如圖141所示，E點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用D、F兩點(diǎn)間的平均速度代表，即vE＝eq\f(Δx,Δt).圖141想一想：在上圖中，用DF段和DG段求出的平均速度，哪一個(gè)更接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度？答案因?yàn)楫?dāng)Δt或Δx較小時(shí)，求得的平均速度更接近某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，所以DF段求出的平均速度更接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度．四、用圖象表示速度速度時(shí)間圖象(vt圖象)：用來(lái)描述速度隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象，圖象上的點(diǎn)反映某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度．想一想：利用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的好處是什么？答案用圖象法處理數(shù)據(jù)更直觀、更具體、更方便．五、實(shí)驗(yàn)器材：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、220V交流電源(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用學(xué)生電源)、刻度尺、紙帶、墨粉紙盤(pán)(復(fù)寫(xiě)紙)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙一、實(shí)驗(yàn)步驟1．了解電火花計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)，然后把它固定在桌子上，紙帶穿過(guò)限位孔，把紙帶放到墨粉紙盤(pán)的下面．2．把計(jì)時(shí)器接到220V的交流電源上．3．接通電源，用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上就打出一行小點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源．4．取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個(gè)點(diǎn)．如果共有n個(gè)點(diǎn)，則用Δt＝0.02×(n－1)s計(jì)算出紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt.5．用刻度尺測(cè)量一下打下這些點(diǎn)紙帶通過(guò)的距離Δx，利用v＝eq\f(Δx,Δt)計(jì)算紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度．把測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果填入表中．二、數(shù)據(jù)處理1．利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度(1)取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶便于分析測(cè)量．(2)從紙帶上能看得清的某個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)O，以后的點(diǎn)分別標(biāo)上A、B、C、D、…，如圖142所示，測(cè)出各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，算出OA、AB、BC、……的距離x1、x2、x3、…….圖142打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T(mén).(3)A、B、C、D、……各點(diǎn)的瞬時(shí)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，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運(yùn)動(dòng).圖1432．圖象法表示速度(1)用橫軸表示時(shí)間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標(biāo)系．根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái)，即得到如圖143所示的vt圖象．(2)vt圖象的意義vt圖象非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況，但它并不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡．三、注意事項(xiàng)1．使用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤(pán)位于紙帶上方，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶穿過(guò)限位孔，壓在復(fù)寫(xiě)紙下面．2．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)使物體停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置．3．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定之后，再拉動(dòng)紙帶；打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源．4．對(duì)紙帶進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不要分段測(cè)量各段的位移，正確的做法是一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一測(cè)量出各個(gè)測(cè)量點(diǎn)到起始測(cè)量點(diǎn)O之間的距離)．5．區(qū)別計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)：計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出來(lái)的點(diǎn)；計(jì)數(shù)點(diǎn)是從計(jì)時(shí)點(diǎn)中選出來(lái)的具有代表性的點(diǎn)，一般相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有若干個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)．計(jì)數(shù)點(diǎn)一般不是從第一計(jì)時(shí)點(diǎn)開(kāi)始的，而是選擇點(diǎn)跡清晰、與相鄰的計(jì)時(shí)點(diǎn)間距適中的點(diǎn)開(kāi)始．6．區(qū)別打點(diǎn)周期和計(jì)時(shí)周期：打點(diǎn)周期：兩個(gè)相鄰的計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)間間隔，即交流電源的周期，一般為0.02s；計(jì)數(shù)周期：兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，若相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有(n－1)個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)周期為T(mén)＝0.02ns.例1(2013～2014桂林高一期中)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可測(cè)紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移．下面是沒(méi)有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗(yàn)步驟，按照你對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實(shí)際操作的合理步驟，將各步驟的字母代號(hào)順序?qū)懺诳瞻滋帲瓵．在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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“交流”或“直流”)電源的兩個(gè)接線柱上．B．把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，讓紙帶穿過(guò)________(填“插孔”或“限位孔”)，并壓在________(填“白紙”或“復(fù)寫(xiě)紙”)下面．C．用刻度尺測(cè)量從計(jì)時(shí)開(kāi)始點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn)間的距離Δx.D．切斷電源，取下紙帶，如果共有6清晰的點(diǎn)，則這段紙帶記錄的時(shí)間Δt＝________.E．打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，再用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上打下一系列小點(diǎn)．F．利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計(jì)算紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度．實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是________．解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電；把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，讓紙帶穿過(guò)限位孔，并壓在復(fù)寫(xiě)紙下面；若打6個(gè)點(diǎn)，則有(6－1)個(gè)時(shí)間間隔，故這段紙帶記錄的時(shí)間Δt＝0.02×(6－1)s＝0.1s；實(shí)驗(yàn)步驟的排列一般要先安裝器材然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的思路進(jìn)行，故實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是：BAEDCF.答案交流限位孔復(fù)寫(xiě)紙0.1sBAEDCF例2(2013～2014海南文昌高一段考)某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車(chē)拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．其相鄰點(diǎn)間的距離如圖144所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s．(本題計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)圖144(1)在實(shí)驗(yàn)中，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器操作步驟應(yīng)先________再________(選填“釋放紙帶”或“接通電源”)．(2)每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有________個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出．(3)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，每隔0.10s測(cè)一次速度，計(jì)算出打下B、C、D三個(gè)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入下表．(4)將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在圖145直角坐標(biāo)系中，并畫(huà)出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線．圖145解析(1)在實(shí)驗(yàn)中，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器操作步驟應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶；(2)每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有n＝eq\f(Δt,ΔT)－1＝eq\f(0.1,0.02)－1＝4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出．(3)vB＝eq\f(（3.62＋4.38）×10－2,2×0.1)m/s＝0.400m/s；vC＝eq\f(（5.20＋4.38）×10－2,2×0.1)m/s＝0.479m/s；vD＝eq\f(（5.20＋5.99）×10－2,2×0.1)m/s＝0.599m/s.(4)圖線如下：答案(1)接通電源釋放紙帶(2)4(3)0.4000．4790.559(4)見(jiàn)解析例3如圖146所示是某質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的vt圖象，試回答：圖146(1)AB、BC、CD段質(zhì)點(diǎn)分別做什么運(yùn)動(dòng)？(2)質(zhì)點(diǎn)在5s末的速度多大？解析