人教課標(biāo)實驗版必修一運動的描述4實驗用打點計時器測速度公開課

《實驗：用打點計時器測速度》學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會安裝和使用.2.掌握測瞬時速度的方法，會用打出的紙帶求瞬時速度.3.會用圖象表示速度隨時間變化的規(guī)律.一、打點計時器及其原理電磁打點計時器電火花計時器結(jié)構(gòu)示意圖打點原理電磁作用下振針上下周期性振動打點脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸放電打點工作電壓6V以下低壓交流電源220V交流電源打點周期（電源頻率為50Hz）阻力來源紙帶與限位孔、復(fù)寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦，比前者小功能功能相同，都是計時儀器二、練習(xí)使用打點計時器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源上（電源頻率為50Hz，電磁打點計時器接6V以下低壓交流電，電火花計時器接220V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n－1個，則紙帶的運動時間Δt＝（n－1）×.（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Δx.（6）利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度.2.注意事項（1）打點前，應(yīng)使物體停在靠近（填“靠近”或“遠離”）打點計時器的位置.（2）打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶.（3）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.（4）對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢（可先統(tǒng)一測量出各個計數(shù)點到起始點O之間的距離）.三、用打點計時器測量瞬時速度1.原理如圖1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＝eq\f(Δx,Δt).圖12.數(shù)據(jù)處理（1）測量：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(biāo)上A、B、C、D……，如圖2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2（2）計算：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＝eq\f(x1＋x2,2T)、vB＝eq\f(x2＋x3,2T)、vC＝eq\f(x3＋x4,2T)、vD＝eq\f(x4＋x5,2T)…….（3）列表比較：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·s－1）3.注意（1）為了減小實驗誤差，A、B、C、D……不一定是連續(xù)計時點，比如可以每隔四個點選一個點（稱為計數(shù)點），此時兩個計數(shù)點間的時間間隔T＝.（2）計算計數(shù)點的瞬時速度時，Δx、Δt應(yīng)取此計數(shù)點前、后兩個計數(shù)點之間的位移和時間，即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T).四、用圖象表示速度1.速度－時間圖象（v－t圖象）用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標(biāo)系.根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即得到物體運動的v－t圖象.－t圖象的意義v－t圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，但它不是（填“是”或“不是”）物體運動的軌跡.例如，如圖3所示是某質(zhì)點做直線運動的v－t圖象.圖3由v－t圖象可知在0～4s內(nèi)速度隨時間不斷增大，表示質(zhì)點做加速運動；在4～8s內(nèi)速度不隨時間變化，表示質(zhì)點做勻速運動；在8～10s內(nèi)速度隨時間不斷減小，表示質(zhì)點做減速運動.質(zhì)點在t＝0時刻的速度為0.在5s末的速度大小為15m/s.同步練習(xí)一、打點計時器的應(yīng)用原理及操作例1用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移.下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?A.在電磁打點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頻率為50Hz的低壓________（選填“交流”或“直流”）電源的兩個接線柱上.B.把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過______，并壓在________下面.C.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx.D.切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點，則這段紙帶記錄的時間Δt＝________.E.打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點.F.利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計算紙帶運動的平均速度.實驗步驟的合理順序是________.答案交流限位孔復(fù)寫紙（n－1）×BAEDCF解析A項中電磁打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源；B項中應(yīng)將紙帶穿過電磁打點計時器的限位孔，并放于復(fù)寫紙的下方；D項中紙帶上記錄的時間Δt＝（n－1）×.合理的實驗步驟為BAEDCF.【考點】練習(xí)使用打點計時器【題點】打點計時器的原理及使用方法二、瞬時速度的計算和速度—時間圖象的畫法例2打點計時器所用電源的頻率為50Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測量的情況如圖4所示，紙帶在A、C間的平均速度為______m/s.在A、D間的平均速度為______m/點的瞬時速度更接近于______m/s.（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）圖4答案解析由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為.A、C間的距離為0.014m.A、C間對應(yīng)的時間為×2s＝.A、D間的距離為0.025m.A、D間對應(yīng)的時間為×3s＝由公式v＝eq\f(Δx,Δt)得：vAC＝eq\f,m/s＝0.35m/s，vAD＝eq\f,m/s≈0.42m/s.B點的瞬時速度更接近于A、C間的平均速度.【考點】瞬時速度的測量【題點】用打點計時器測速度例3某同學(xué)在“用打點計時器測速度”的實驗中，電源頻率為50Hz，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點.相鄰計數(shù)點間的距離如圖5所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為.（本題計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）圖5（1）在實驗中，使用打點計時器時應(yīng)先______再______（填“釋放紙帶”或“接通電源”）.（2）每兩個計數(shù)點間還有________個點沒有標(biāo)出.（3）試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，每隔測一次速度，計算出打下B、C、D三個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下表.vBvCvDvEvF數(shù)值（m/s）（4）將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在圖6直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線.圖6答案（1）接通電源釋放紙帶（2）4（3）（4）見解析圖解析（1）在實驗中，使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶.（2）每兩個計數(shù)點間還有n＝eq\f(Δt,ΔT)－1＝eq\f,－1＝4個點沒有標(biāo)出.（3）vB＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝0.400m/s；vC＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝0.479m/s；vD＝eq\f(＋×10－2,2×m/s≈0.560m/s.（4）圖線如圖所示：【考點】用圖象表示速度【題點】用圖象表示速度達標(biāo)檢測1.（練習(xí)使用打點計時器）（多選）在“用打點計時器測速度”的實驗中，除重物（小車）、紙帶外，還需選用的儀器是（）A.秒表B.刻度尺C.速度計D.交流電源答案BD解析由打點計時器在紙帶上打下的點的間隔數(shù)可知任意兩點間的時間間隔，故不需要秒表，選項A錯誤；再利用刻度尺測出兩點間的距離就可進一步求出平均速度，故不需要速度計而要使用刻度尺，選項B正確，C錯誤；打點計時器要使用交流電源工作，選項D正確.【考點】練習(xí)使用打點計時器【題點】打點計時器的原理及使用方法2.（練習(xí)使用打點計時器）（多選）在“用打點計時器測速度”的實驗中，若打點周期為，下列說法正確的是（）A.先接通電源，后拉動紙帶B.先拉動紙帶，后接通電源C.電火花計時器使用6V以下的交流電源D.連續(xù)n個計時點間的時間間隔為（n－1）×答案AD解析使用打點計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶，A正確，B錯誤；電火花計時器的工作電壓是220V交流電，C錯誤；每相鄰的兩個計時點間的時間間隔為s，連續(xù)n個計時點間有n－1個時間間隔，故時間為（n－1）×s，D正確.【考點】練習(xí)使用打點計時器【題點】打點計時器的原理及使用方法3.（練習(xí)使用打點計時器）如圖7所示是一位同學(xué)使用打點計時器得到的兩條紙帶，他將兩條紙帶（甲、乙）上下并排放在一起進行比較，在圖中A、B兩點之間，兩條紙帶（甲、乙）運動的時間之比是（）圖7∶∶1∶2D.答案B解析設(shè)紙帶上每打出兩個相鄰點所經(jīng)歷的時間為T，所以紙帶甲、乙上A、B兩點間時間之比為eq\f(t1,t2)＝eq\f(10T,5T)＝eq\f(2,1)，選項B正確.【考點】練習(xí)使用打點計時器【題點】打點計時器的原理及使用方法4.（瞬時速度的測量）用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度.如圖8所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1＝，通過第二個光電門的時間為Δt2＝，已知遮光板的寬度為3.0cm，則滑塊通過第一個光電門的速度為________，通過第二個光電門的速度為________.圖8答案0.10m/s0.27m/s解析由于滑塊經(jīng)過光電門時遮光板的擋光時間較短，所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用遮光板擋光時間內(nèi)的平均速度表示.經(jīng)過第一個光電門的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f×10－2,m/s≈0.10m/s，經(jīng)過第二個光電門的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f×10－2,m/s≈0.27m/s.【考點】瞬時速度的測量【題點】用傳感器測量速度5.（瞬時速度的測量）在“用打點計時器測速度”的實驗中，打點計時器使用的交流電的頻率為50Hz，記錄小車運動的紙帶如圖9所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5共六個計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出，紙帶旁并排放著帶有最小分度為1mm的刻度尺，0點跟“0”計數(shù)點對齊，由圖可以讀出三個計數(shù)點1、3、5跟0點的距離并填入表格中圖9距離x1x2x3測量值/cm計算小車通過計數(shù)點“2”的瞬時速度為v2＝______m/s.答案解析x1＝1.20cm，x2＝5.40cm，x3＝12.00cm.每兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝，v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(－,2××10－2m/s＝0.21m/s.【考點】瞬時速度的測量【題點】用打點計時器測量速度6.（用圖象表示速度）如圖10所示是一條打點計時器打出的紙帶，電源頻率為50Hz,0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各計數(shù)點到0的距離如圖所示.圖10（1）求出2、4計數(shù)點的瞬