人教版高一物理必修一1.4实验：用打点计时器测速度导学案(含答案).pdf

用打点计时器测速度学习目标1了解两种打点计时器的结构和工作原理，学会安装和使用。2理解根据纸带测量速度的原理，学会粗略测量瞬时速度。3理解速度时间图象的意义，掌握描点法画图象的方法。重点：1打点计时器的使用。2由纸带计算物体运动的瞬时速度。3画物体的速度时间图象。难点：1对纸带数据的处理。2图象的画法及对图象理解。来源:学_科_网 Z_X_X_K自主学习：（一）打点计时器1 1、电磁打点计时器电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，其结构如图所示。它的工作电压是 46V。电源频率是 50Hz 时，它每隔 O02s 打一个点。2 2、电火花计时器电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，其结构如图所示。使用时，墨粉纸盘套在低盘轴上，并夹在两条纸带之间。当接通 220V 交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴产生火花放电。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz 时，它每隔 O02s 打一次点。如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。3 3、两种计时器的比较：电磁打点计时器电火花计时器电源电压电源频率特点（二）练习使用打点计时器（步骤详见课本 P22）思考与讨论注意事项：打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。（三）用打点计时器测量瞬时速度测量方法：某点 E 的瞬时速度可以粗略地由包含 E 点在内的两点间的平均速度来表示。说明：理论上讲如果这两点离 E 点越接近（即t 越短），这个平均速度越接近 E 点的瞬时速度，但是实际操作时距离太小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。（四）用图像表示速度（直线运动）为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用 v-t 图象来表示速度随时间的变化规律。1v-t 图象的画法以速度 v 为纵轴，时间 t 为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v 与时间 t 关系的图象。思考：怎样画出速度时间图象？为什么要用平滑的曲线“拟合”？2v-t 图象的信息）任一时刻速度的大小和方向速度的变化情况及相应的时间例题【例 1】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（）A时间间隔B位移C加速度D平均速度解析：从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔为 0.02s.故 A 选项正确。用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。故 B 选项正确。从纸带上不能直接得到加速度、平均速度，只可以间接计算。故 C、D 选项错误。答案：AB【例 2】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为 50 Hz 时，振针每隔 0.02 s 在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于 50 Hz 时，数据计算仍然是按照每隔 0.02 s 打一个点来处理的则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?解析：当电源频率低于 50 Hz 时，实验中实际时间间隔大于 0.02 s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用 0.02 s 作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大点评：有关实验误差的分析对学生来说是一个难点，突破方法是根据实验原理分析，同学们应该仔细体会，理解【例 3】用同一底片对着小球运动的路径每隔 0.1 s 拍一次照，得到的照片如图 144所示求小球的平均速度图 144解析：根据题意，小球从 1 cm 到 6 cm 位置，位移s5 cm，所用时间t0.3 s，平均速度vst0.17 ms点评：本题初看是一新情景的题，经分析可看出本题的做法与利用打点计时器打出的纸带进行数据处理的方法一致题目不难，学生能很快求出平均速度所以培养学生的迁移能力是非常重要的【例 4】如图 145 所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6 是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到 0 的距离如图所示求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线解析:(1)1 点是 0、2 间的中间时刻，求出 0、2 间的平均速度即可认为是 1 点的瞬时速度，同理 2、3、4、5 点的瞬时速度也可求出0 和 6 两个点的瞬时速度不便求出然后画出 速 度 一 时 间 图 线 注 意 相 邻 计 数 点 间 的 时 间 间 隔T0.1s即:v1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。(2)以O点为坐标原点建立直角坐标系横坐标：表示时间纵坐标：表示速度根据第一问计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图 146 所示图 145图 146作业：1.图 147 为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是()A.打点计时器接在直流电源上B.电源电压不够大C.电源频率不够大D.振针压得过紧2.甲、乙两物体的vt图象如图 l48 所示，则（）A甲、乙两物体都做匀速直线运动B甲、乙两物体若在同一直线上，就一定会相遇C甲的速率大于乙的速率D甲、乙两物体即使在同一直线上，也不一定会相遇3.某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验中，让重锤自由下落，打出的一条纸带如图 149 所示，图中直尺的单位为 cm，点 O 为纸带上记录到的第一点，点 A、B、C、D依次表示点 O 以后连续的各点。已知打点计时器每隔 T=0.02 s 打一个点。（1）打点计时器打下点 G 时重锤的速度可用表达式 vG=_进行计算，式中各量的意义是_（2）用上式计算出打下点 G 时重锤的速度为 vG=_m/s5在“用打点计时器测速度”的实验中，某次实验中的纸带如图 1410 所示，取O为起点位置，每隔 5 个间隔为一个计数点，实验使用的电源是 50 Hz 的低压交流电源，其中OA0.60 cm，OB2.40 cm，OD9.60 cm则OC距离是_cm，在B计数点处的瞬时速度v8_ms（图中单位为 cm）答案:图 147图 149图 148图 14101.CD;2.ACD;3.(1)TFHvG2，FH 表示 F、H 两点间的距离,vG=1.30 m/s;4.6.00,0.54。阅读材料：打点计时器原理及使用教材上用的是 J0203 型打点计时器，其工作原理可用右图说明当线圈中通入的交流电为正半周时，设电流方向如图甲，则线圈中被磁化的钢制簧片左端为 N 极，永磁体的磁场就使簧片向下运动，振针就在纸带上打出一个点；当交流电为负半周时，电流方向如图乙，簧片左端变为 s 极，永磁体的磁场就使簧片向上运动如此反复作用，簧片就振动起来制造时使簧片的固有频率为 50 赫，等于交流电的频率，这样簧片就发生共振，振动频率也是 50 赫，即周期为 O02 秒，并且有较大的振幅。于是振针就每隔 O02 秒向纸带上打出一个清晰的点。打点计时器在使用前应进行检验，打点周期的等时性不好的要进行调整，具体方法请参阅后面的参考资料。振针的高度应适当，并且不要松动，否则会出现漏点、双点、等时性不良等缺点，并对纸带产生过大的摩擦阻力。纸带在使用前要整平(可用熨斗熨)，以免造成打点间隔变化或点子不清晰每打完一条纸带，要将圆形复写纸片的位置调整一下，以充分利用它的不同部位，保证打点清晰。打点器是按间歇工作设计的，每打完一条纸带要及时切断电源，防止线圈过热而损坏在纸带上测量长度时：不要用短尺一段一段她测量后相加以免误差积累。打出的纸带要贴在实验报告中，作为原始记录。