人教版高中物理必修一14《实验用打点计时器测速度》学案Word格式.docx
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电火花计时器使用中运动阻力极小,因而系统误差较小.
想一想:
计时器打点时,计时器和纸带之间的摩擦会对物体的运动造成影响,用哪种打点计时器做实验时,实验误差更小呢?
答案 因为电火花打点计时器是靠电火花和墨粉来打点的,所以对纸带的运动带来的阻力很小,使系统误差更小.
二、用打点计时器测量平均速度
根据v=可求出任意两点间的平均速度,其中Δx是纸带上两点间的距离,Δt是这两点间的时间间隔.
如果纸带上的点迹分布不均匀,点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小?
答案 较小
三、用打点计时器测量瞬时速度
纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示,即根据v=,当Δt或Δx较小时,用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度.
如图141所示,E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表,即vE=.
图141
在上图中,用DF段和DG段求出的平均速度,哪一个更接近E点的瞬时速度?
答案 因为当Δt或Δx较小时,求得的平均速度更接近某点的瞬时速度,所以DF段求出的平均速度更接近E点的瞬时速度.
四、用图象表示速度
速度时间图象(vt图象):
用来描述速度随时间变化关系的图象,图象上的点反映某一时刻的瞬时速度.
利用图象处理实验数据的好处是什么?
答案 用图象法处理数据更直观、更具体、更方便.
五、实验器材:
电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、220V交流电源(电磁打点计时器使用学生电源)、刻度尺、纸带、墨粉纸盘(复写纸)、导线、坐标纸
一、实验步骤
1.了解电火花计时器的结构,然后把它固定在桌子上,纸带穿过限位孔,把纸带放到墨粉纸盘的下面.
2.把计时器接到220V的交流电源上.
3.接通电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源.
4.取下纸带,从能看得清的某个点数起,数一数纸带上共有多少个点.如果共有n个点,则用Δt=0.02×
(n-1)s计算出纸带的运动时间Δt.
5.用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx,利用v=计算纸带在这段时间内的平均速度.把测量和计算的结果填入表中.
二、数据处理
1.利用打点计时器测量瞬时速度
(1)取一条点迹清晰的纸带便于分析测量.
(2)从纸带上能看得清的某个点作为起始点O,以后的点分别标上A、B、C、D、…,如图142所示,测出各点到O点的距离,算出OA、AB、BC、……的距离x1、x2、x3、…….
图142
打点计时器打点的周期为T.
(3)A、B、C、D、……各点的瞬时速度分别为vA=、
vB=、vC=、vD=、…….
把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做匀速运动.
图143
2.图象法表示速度
(1)用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系.根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图143所示的vt图象.
(2)vt图象的意义
vt图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况,但它并不是物体运动的轨迹.
三、注意事项
1.使用电火花打点计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方,使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面.
2.使用打点计时器时,应使物体停在靠近打点计时器的位置.
3.使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定之后,再拉动纸带;
打点之后应立即关闭电源.
4.对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离).
5.区别计时点和计数点:
计时点是打点计时器在纸带上打出来的点;
计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点.计数点一般不是从第一计时点开始的,而是选择点迹清晰、与相邻的计时点间距适中的点开始.
6.区别打点周期和计时周期:
打点周期:
两个相邻的计时点的时间间隔,即交流电源的周期,一般为0.02s;
计数周期:
两个相邻的计数点的时间间隔,若相邻两个计数点之间还有(n-1)个计时点,则计数周期为T=0.02ns.
例1 (2013~2014桂林高一期中)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理步骤,将各步骤的字母代号顺序写在空白处.
A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压________(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上.
B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过________(填“插孔”或“限位孔”),并压在________(填“白纸”或“复写纸”)下面.
C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.
D.切断电源,取下纸带,如果共有6清晰的点,则这段纸带记录的时间Δt=________.
E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点.
F.利用公式v=计算纸带运动的平均速度.
实验步骤的合理顺序是________.
解析 打点计时器使用交流电;
把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过限位孔,并压在复写纸下面;
若打6个点,则有(6-1)个时间间隔,故这段纸带记录的时间Δt=0.02×
(6-1)s=0.1s;
实验步骤的排列一般要先安装器材然后进行实验的思路进行,故实验步骤的合理顺序是:
BAEDCF.
答案 交流 限位孔 复写纸 0.1s BAEDCF
例2 (2013~2014海南文昌高一段考)某同学在“用打点计时器测速度”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点.其相邻点间的距离如图144所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s.(本题计算结果均保留3位有效数字)
图144
(1)在实验中,使用打点计时器操作步骤应先________再________(选填“释放纸带”或“接通电源”).
(2)每两个计数点间还有________个点没有标出.
(3)试根据纸带上各个计数点间的距离,每隔0.10s测一次速度,计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度,并将各个速度值填入下表.
(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图145直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.
图145
解析
(1)在实验中,使用打点计时器操作步骤应先接通电源,再释放纸带;
(2)每两个计数点间还有n=-1=-1=4个点没有标出.
(3)vB=m/s=0.400m/s;
vC=m/s=0.479m/s;
vD=m/s=0.599m/s.
(4)图线如下:
答案
(1)接通电源 释放纸带
(2)4 (3)0.400
0.479 0.559 (4)见解析
例3 如图146所示是某质点做直线运动的vt图象,试回答:
图146
(1)AB、BC、CD段质点分别做什么运动?
(2)质点在5s末的速度多大?
解析
(1)根据题中vt图象可知在AB段速度随时间不断增加,所以AB段表示质点做加速运动;
在BC段速度不随时间而变化,所以BC段表示质点做匀速运动;
在CD段速度随时间不断减少,所以CD段表示质点做减速运动.
(2)质点在5s末的速度由题中vt图象可知是15m/s.
答案
(1)AB段表示质点做加速运动;
BC段表示质点做匀速运动;
CD段表示质点做减速运动.
(2)15m/s
1.(2013~2014江苏南京高一期中)关于打点计时器的使用,下列说法正确的是( )
A.纸带上打的点越密,说明物体运动得越快
B.电火花打点计时器使用的是220V交流电源
C.使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越长
D.在“探究匀变速直线运动的规律”的实验中应先释放小车,后接通打点计时器的电源
解析 纸带上打的点越密,说明物体运动越慢;
电火花打点计时器使用的是220V交流电源;
因为T=,所以使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越短;
在“探究匀变速直线运动的规律”的实验中应先接通打点计时器的电源,后释放小车.B正确.
答案 B
2.打点计时器所用电源的频率为50Hz,某次实验中得到一条纸带,用毫米刻度尺测量情况如图147所示,纸带上A、C两点对应的时间为________s,纸带在A、C间的平均速度为________m/s.在A、D间的平均速度为________m/s.二者之间B点的瞬时速度更接近于________m/s.
图147
解析 由题意知,相邻两点间的时间间隔为0.02s.
A、C间对应的时间为0.02×
2s=0.04s.
A、D间的距离为25.5mm=0.0255m.
A、C间的距离为14.0mm=0.0140m.
由公式v=得.vAC=m/s=0.35m/s,
vAD=m/s≈0.43m/s.
B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度,
即vB≈0.35m/s.
答案 0.04 0.35 0.43 0.35
3.图148是甲、乙两个物体运动的vt图象.
图148
(1)描述甲的运动:
甲做________运动.
(2)描述乙的运动:
乙的初速度为________,在0~t1内质点做________运动,t1~t2内做匀速运动,t2~t3做________运动,质点的速度方向________(填“发生”或“未发生“)发生变化.
答案
(1)匀速
(2)零 加速 减速 未发生
(时间:
60分钟)
1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中,正确的是( )
A.电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电
B.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样
C.电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸
D.电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉
解析 电磁打点计时器使用6V以下的交流电,电火花计时器使用220V的交流电,A对;
两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定,B对;
电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉,C错;
电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸,D错.
答案 AB
2.通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀,下列判断正确的是( )
A.点密集的地方物体运动的速度比较大
B.点密集的地方物体运动的速度比较小
C.点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等
D.点不均匀说