必修一第一章第四节实验：用打点计时器测速度.ppt

课时课时4实验：用打点计时器测速度实验：用打点计时器测速度课前导航课前导航1.1.电磁打点计时器电磁打点计时器图图4 41 1所示是电磁打点计时器的构造图，图中标出了几所示是电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号及名称个主要部件的代号及名称 图图41当给电磁打点计时器通电后，线圈产生磁场，放在线圈当给电磁打点计时器通电后，线圈产生磁场，放在线圈中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动起来当交变电流的频率是动起来当交变电流的频率是50 Hz50 Hz时，电磁打点计时器的时，电磁打点计时器的振针每振针每0.02 s0.02 s打下一个点打下一个点2 2电火花计时器电火花计时器图图4 42 2所示是电火花计时器的构造图图中标出了几个所示是电火花计时器的构造图图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称见图主要部件的代号，它们的名称见图图图42电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显示出点迹的计时仪器当电源的频率是而显示出点迹的计时仪器当电源的频率是50 Hz 50 Hz 时，它的时，它的脉冲放电周期也是脉冲放电周期也是0.02 s0.02 s，即每隔，即每隔0.02 s 0.02 s 打下一个点打下一个点请你思考：请你思考：1为什么打点计时器不能使用直流电源？为什么打点计时器不能使用直流电源？2假设交流电源的频率不是假设交流电源的频率不是50 Hz，而是，而是60 Hz，打点计，打点计时器还是每隔时器还是每隔0.02 s打一个点吗？这时它将每隔多长时间打下打一个点吗？这时它将每隔多长时间打下一个点？一个点？基础梳理基础梳理知识精析知识精析一、计时器的使用一、计时器的使用1电磁打点计时器的使用电磁打点计时器的使用(1)用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面通电，用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面通电，振片带动振针打点若纸带运动，其上就会留下一行小点振片带动振针打点若纸带运动，其上就会留下一行小点(2)如由物体带动纸带运动，物体的位移就对应为纸带上如由物体带动纸带运动，物体的位移就对应为纸带上相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算2电火花计时器的使用电火花计时器的使用(1)使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲孔当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹运动的纸带上就打出一行点迹(2)这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小实验误差也比较小二、用打点计时器测量瞬时速度二、用打点计时器测量瞬时速度图图43三、用三、用vt图象分析实验数据图象分析实验数据1vt图象图象在平面直角坐标系中，用纵轴表示速度，横轴表示时间，在平面直角坐标系中，用纵轴表示速度，横轴表示时间，图象中的任一点表示某时刻的速度，得到速度时间图象图象中的任一点表示某时刻的速度，得到速度时间图象(vt图象图象)，简称速度图象，简称速度图象2vt图象的意义图象的意义vt图象反映的是速度随时间的变化关系，它并不是物图象反映的是速度随时间的变化关系，它并不是物体的运动轨迹体的运动轨迹3匀速直线运动的匀速直线运动的vt图象图象图图44(1)匀速直线运动的匀速直线运动的vt图象是与时间轴平行的直线，如图象是与时间轴平行的直线，如图图44所示所示(2)速度不同的匀速直线运动的速度不同的匀速直线运动的vt图象，是不同的平行图象，是不同的平行于时间于时间t轴的直线，它们纵轴的截距表示速度，截距越大，表轴的直线，它们纵轴的截距表示速度，截距越大，表示速度越大，如图示速度越大，如图44中，中，vavb.(3)匀速直线运动的图线与时间轴所围的面积表示该时间匀速直线运动的图线与时间轴所围的面积表示该时间内物体的位移图内物体的位移图44中的阴影部分面积中的阴影部分面积Svat，vat恰是恰是a物体在物体在t时间内的位移，即时间内的位移，即Sxvat.4用用vt图象描述纸带的运动图象描述纸带的运动以速度以速度v为纵轴，时间为纵轴，时间t为横轴，建立直角坐标系用各为横轴，建立直角坐标系用各点迹上对应的时间和瞬时速度描点，用一条平滑的曲线将这点迹上对应的时间和瞬时速度描点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来，即可用些点连接起来，即可用vt图象分析速度随时间的变化规图象分析速度随时间的变化规律律方法指导方法指导一、纸带的处理方法一、纸带的处理方法例例1 打点计时器所用电源的频率为打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图45所示，纸所示，纸带在带在A、C间的平均速度为间的平均速度为_m/s，在，在A、D间的平均速间的平均速度为度为_m/s，B点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于_m/s.图图45解析解析 由题意知，相邻两点间的时间间隔为由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s，A、C间的距离为间的距离为14 mm0.014 m，A、D间的距离为间的距离为25 mm0.025 m.由公式由公式v得，得，vAC m/s0.35 m/svAD m/s0.42 m/sB点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于0.35 m/s.答案答案 0.350.420.35点评点评 求某点瞬时速度时，我们应取此点两侧靠近此点的求某点瞬时速度时，我们应取此点两侧靠近此点的两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好二、实验误差分析二、实验误差分析例例2 某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图46所示，这可能是因为所示，这可能是因为()图图46A打点计时器错接在直流电源上打点计时器错接在直流电源上B电源的电压不稳电源的电压不稳C电源的频率不稳电源的频率不稳D振针压得过紧振针压得过紧解析解析 正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点当振针与复写纸的距离过大时，振针在纸带上才能留下点当振针与复写纸的距离过大时，振针可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点当振可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点当振针与复写纸的距离过小时，振针就会有较长的时间与复写纸针与复写纸的距离过小时，振针就会有较长的时间与复写纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段答案答案 D三、三、vt图象的应用图象的应用例例3 图图47是甲、乙两物体运动的速度图象，下列说法是甲、乙两物体运动的速度图象，下列说法正确的是正确的是()图图47A物体甲处于静止状态物体甲处于静止状态B物体乙刚开始时以物体乙刚开始时以5 m/s的速度与甲物体同向运动的速度与甲物体同向运动C物体乙在最初物体乙在最初3 s内的位移是内的位移是10 mD物体乙在最初物体乙在最初3 s内的路程是内的路程是10 m解析解析 甲速度图象是平行于甲速度图象是平行于t轴的直线，因此甲做匀速直轴的直线，因此甲做匀速直线运动，选项线运动，选项A错误；乙物体在第错误；乙物体在第1 s内向正方向做速率为内向正方向做速率为5 m/s的匀速直线运动，第的匀速直线运动，第2 s内静止，第内静止，第3 s内沿负方向做速率内沿负方向做速率为为5 m/s的匀速直线运动，故选项的匀速直线运动，故选项B正确；乙在第正确；乙在第1 s内的位移内的位移x1v1t15 m，在第，在第2 s内的位移内的位移x20，在第，在第3 s内的位移内的位移x3v3t35 m，所以物体乙在最初，所以物体乙在最初3 s内的位移内的位移xx1x2x30，故选项，故选项C错误；物体乙在最初错误；物体乙在最初3 s内的路程内的路程l|x1|x2|x3|10 m，故选项，故选项D正确正确答案答案 BD互动平台互动平台育才老师与细心同学关于纸带位移测量的对话育才老师与细心同学关于纸带位移测量的对话育才：为尽量减小刻度尺在测量相邻计数点间位移的大育才：为尽量减小刻度尺在测量相邻计数点间位移的大小的过程中产生的误差，应如何操作？小的过程中产生的误差，应如何操作？细心：细心：(1)刻度尺的准确度要达到刻度尺的准确度要达到1 mm；(2)不要分段测不要分段测量相邻两点的位移，应尽可能一次测量完毕并分别测出第一量相邻两点的位移，应尽可能一次测量完毕并分别测出第一个计数点到其他各计数点的位移，且读数时应估读到个计数点到其他各计数点的位移，且读数时应估读到mm以以下一位下一位粗心同学与细心同学关于计数点的对话粗心同学与细心同学关于计数点的对话细心：用逐差法求加速度至少要测出细心：用逐差法求加速度至少要测出6个位移值来个位移值来粗心：所以纸带上最少应有粗心：所以纸带上最少应有7个点个点细心：我们如果是每细心：我们如果是每5个点取一个计数点呢？个点取一个计数点呢？粗心：唉，我又错了应该是纸带上至少应有粗心：唉，我又错了应该是纸带上至少应有7个计数个计数点，而每点，而每5个点取一个计数点，所以纸带上至少要有个点取一个计数点，所以纸带上至少要有31个个点点同步达标同步达标一、选择题一、选择题( (本题共本题共6 6小题，每小题小题，每小题5 5分，共分，共3030分，每题分，每题至少有一个选项是正确的至少有一个选项是正确的) )1在使用打点计时器时应在使用打点计时器时应()A先接通电源，再使纸带运动先接通电源，再使纸带运动B先使纸带运动，再接通电源先使纸带运动，再接通电源C在使纸带运动的同时接通电源在使纸带运动的同时接通电源D先使纸带运动或先接通电源都可以先使纸带运动或先接通电源都可以答案答案 A2下列说法正确的是下列说法正确的是()A电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样B电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电压一电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电压一样样C电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电频率电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电频率是一样的是一样的D电磁打点计时器和电火花计时器打点的时间间隔都电磁打点计时器和电火花计时器打点的时间间隔都是是0.02 s解析解析 电磁打点计时器和电火花打点计时器原理和使用方电磁打点计时器和电火花打点计时器原理和使用方法基本一样，所接交流电压不同，电磁打点计时器的工作电法基本一样，所接交流电压不同，电磁打点计时器的工作电压为压为4 V6 V，电火花计时器外接的电压为，电火花计时器外接的电压为220 V.答案答案 ACD3运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一列小点，打点计时器打下的点直接记录了一列小点，打点计时器打下的点直接记录了()A物体运动的时间物体运动的时间B物体在不同时刻的位置物体在不同时刻的位置C物体在相同时间内的距离物体在相同时间内的距离D物体在不同时间内的位移物体在不同时间内的位移解析解析 因为打点计时器打点的时间间隔都是因为打点计时器打点的时间间隔都是0.02 s，所以，所以只要数出纸带上所打的点数，用只要数出纸带上所打的点数，用t0.02 s(n1)可以计算出可以计算出物体运动的时间，选项物体运动的时间，选项A正确打点计时器每打一个点与一正确打点计时器每打一个点与一个时刻对应，因此，打点计时器直接记录物体在不同时刻所个时刻对应，因此，打点计时器直接记录物体在不同时刻所在的位置，选项在的位置，选项B正确每两个相邻时间间隔一定是正确每两个相邻时间间隔一定是0.02 s，但这里的相同时间可以是任意相同时间只要测量间隔相同但这里的相同时间可以是任意相同时间只要测量间隔相同点数的点迹之间的距离就可以了，但是相同的时间内的距离点数的点迹之间的距离就可以了，但是相同的时间内的距离不一定是相同的而物体不一定是相同的而物体在不同时间内的位移，只要经过再一次测量与该时间段在不同时间内的位移，只要经过再一次测量与该时间段对应的一段位移就可以知道，所以打下的点也直接记录了物对应的一段位移就可以知道，所以打下的点也直接记录了物体在不同时间内的位移，选项体在不同时间内的位移，选项D D正确正确答案答案 ABD4打点计时器所用的电源是打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，其相邻点的交流电，其相邻点间的时间间隔是间的时间间隔是T，若纸带上共打出，若纸带上共打出N个点，该纸带上记录的个点，该纸带上记录的时间为时间为t，则，则()AT0.1 s，tNTBT0.05 s，t(N1)TCT0.02 s，t(N1)TDT0.02 s，tNT答案答案 C5我国使用的交流电的频率是我国使用的交流电的频率是50 Hz，而美国使用的交，而美国使用的交流电的频率为流电的频率为60 Hz，同样的纸带实验，纸带长度、拉动纸，同样的纸带实验，纸带长度、拉动纸带的速度完全相同，在我国和美国两地区所得到的纸带上被带的速度完全相同，在我国和美国两地区所得到的纸带上被打点的个数打点的个数()A一样多一样多B在美国多在美国多C在我国多在我国多 D不能确定不能确定解析解析 长度、拉动速度完全相同的纸带运动的时间出相同，长度、拉动速度完全相同的纸带运动的时间出相同，频率越高，周期越小，打下的点个数就越多频率越高，周期越小，打下的点个数就越多答案答案 B6若一质点从若一质点从t=0开始由原点出发，其开始由原点出发，其v-t图象如图所示，图象如图所示，则该质点则该质点()A当当t1 s时，离原点最远时，离原点最远B当当t2 s时，离原点最远时，离原点最远C当当t3 s时，回到原点时，回到原点D当当t1 s时，回到原点时，回到原点解析解析 这是一个速度时间图象，故曲线与这是一个速度时间图象，故曲线与t轴所夹面积轴所夹面积表示位移大小，所以表示位移大小，所以2 s末离原点最远，末离原点最远，4 s末回到原点末回到原点答案答案 BD二、填空题二、填空题(9分分)7用接在用接在50 Hz交流电源上的打点计时器测定小车的运交流电源上的打点计时器测定小车的运动情况某次实验中得到一条纸带如图所示，从比较清晰的动情况某次实验中得到一条纸带如图所示，从比较清晰的点起，每点起，每5个打印点取一个计数点，分别标明个打印点取一个计数点，分别标明0、1、2、3、量得量得0与与1两点间的距离两点间的距离x1=30 mm，2与与3两点间的距离两点间的距离x2=48 mm，则小车在，则小车在0与与1两点间的平均速度为两点间的平均速度为v1=m/s，在，在2与与3两点间的平均速度两点间的平均速度v2=m/s.据此可判定据此可判定小车做小车做_运动运动答案答案 0.30.48加速加速三、计算题三、计算题(11(11分分) )8利用速度传感器与计算机结合，可以自动作出物体利用速度传感器与计算机结合，可以自动作出物体运动的图象某同学在一次实验中得到运动小车的运动的图象某同学在一次实验中得到运动小车的v-t图象如图象如图所示，请据此回答：图所示，请据此回答：(1)小车做什么样的运动？小车做什么样的运动？(2)小车运动的最大速度约为多少？小车运动的最大速度约为多少？(3)小车运动的最大位移约为多少？小车运动的最大位移约为多少？解析解析 由图象可知，在由图象可知，在08 s时间内小车做加速运动，在时间内小车做加速运动，在814 s时间内小车做减速运动图线的最大纵坐标表示小车时间内小车做减速运动图线的最大纵坐标表示小车运动的最大速度，约为运动的最大速度，约为0.8 m/s.曲线与横坐标轴曲线与横坐标轴(时间时间)所包围所包围的的“面积面积”表示小车运动的最大位移，通过割补法处理可得，表示小车运动的最大位移，通过割补法处理可得，约为约为8.3 m.附加探究题附加探究题(10分分)9图示是一打点计时器所打的纸带，将直尺靠在纸带图示是一打点计时器所打的纸带，将直尺靠在纸带边，零刻度线与纸带上打的第一个点对齐由边，零刻度线与纸带上打的第一个点对齐由0到到1、2、3、点的距离分别用点的距离分别用d1、d2、d3表示，初时刻表示，初时刻0到到1、2、3点的时间分别用点的时间分别用t1、t2、t3表示，测量出表示，测量出d1、d2、d3的的值并填入表中值并填入表中,假设打点计时器所用交流电的频率为假设打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，在这五个时间段内位移和时间有什么对应关系？在这五个时间段内位移和时间有什么对应关系？距离距离d1d2d3d4d5测量值测量值(cm)探究思路探究思路直接由图可读出直接由图可读出d1、d2、d3、d4、d5的值，分别是的值，分别是1.75 cm、2.90 cm、3.80 cm、4.50 cm、5.00 cm，根据打点计时器的性，根据打点计时器的性质和图可知：质和图可知：t10.08 s，t20.14 s，t30.20 s，t40.26 s，t50.32 s，且，且t21t32t43t540.06 s. 观察图知，随着时间的延续，位移在不断地增大，但相观察图知，随着时间的延续，位移在不断地增大，但相同时间内发生的位移越来越小，说明物体运动得越来越慢同时间内发生的位移越来越小，说明物体运动得越来越慢