1、第3課時實驗：用打點計時器測速度研究學考·明確要求知識內容用打點計時器測速度考試要求學考選考基本要求1.知道電磁打點(電火花)計時器的作用、外觀結構及名稱2.知道打點計時器打相鄰兩個點的時間間隔，掌握電磁打點(電火花)計時器的使用方法3.能設計“用打點計時器測速度”的實驗記錄表4.會根據紙帶上點跡的疏密判斷速度的大小，并計算物體運動的平均速度5.理解用平均速度表示瞬時速度所采用的思想方法，會用該思想方法計算瞬時速度6.能運用實驗數據描繪vt圖象，并會根據畫出的圖象說明物體運動的快慢7.會借助傳感器測速度發展要求在計算瞬時速度時，會合理選取時間間隔說明1.不要求了解電磁打點(電火花)計

2、時器的內部結構和技術細節2.不要求理解用氣墊導軌、光電門和數字計時器研究運動的原理知識點一了解并練習使用打點計時器基 礎 梳 理1打點計時器的作用及分類打點計時器是一種使用交流(填“交流”或“直流”)電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02_s打一次點，打點計時器和紙帶配合，可以記錄物體運動的時間及在一段時間內的位移，供高中學生實驗用的計時器有電磁打點計時器和電火花計時器兩種。2電磁打點計時器(1)工作電壓：6_V以下的交流(填“交流”或“直流”)電源；(2)原理：接通交流電源后，振針上下振動。這時，如果紙帶運動，振針就通過復寫紙在紙帶上留下一行小點。3電火花計時器(1)工作電

3、壓：220 V交流(填“交流”或“直流”)電源；(2)原理：當接通電源、按下脈沖輸出開關時，計時器產生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡。4兩種計時器誤差比較電火花計時器使用中對紙帶運動阻力較小，因而系統誤差較小。思考打點計時器打點時，打點計時器和紙帶之間的摩擦會對物體的運動造成影響，用哪種打點計時器做實驗時，實驗誤差更小呢？答案因為電火花打點計時器是靠電火花和墨粉來打點的，所以對紙帶的運動帶來的阻力很小，使系統誤差更小。即 學 即 練1如圖1所示是電火花計時器的示意圖。電火花計時器和電磁打點計時器一樣，工作時使用_(選填“交流”或“直流”)電源，當電源的頻率是50 Hz時，每隔_ s

4、打一次點。其工作時的基本步驟如下：圖1A當紙帶完全通過電火花計時器后，立即關閉電源B將電火花計時器電源插頭插入相應的電源插座C將紙帶從墨粉紙盤下面穿過電火花計時器D接通開關，聽到放電聲，立即拖動紙帶運動上述步驟正確的順序是_。(按順序填寫步驟編號)解析電火花計時器的工作電壓是220 V交流電，頻率為50 Hz時，打點時間間隔為0.02 s，工作時，應先接通電源后釋放紙帶，并且打完紙帶后應立即關閉電源，所以正確的順序是CBDA。答案交流0.02CBDA知識點二用打點計時器測平均速度和瞬時速度基 礎 梳 理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

5、源上(電磁打點計時器接6 V低壓交流電，電火花計時器接220 V交流電)。(3)先接通電源開關，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點，隨后立即關閉電源。(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數為(n1)個，則紙帶的運動時間t(n1)×0.02 s。(5)用刻度尺測量出從開始計數的點到最后的點間的距離x。(6)根據紙帶計算平均速度用刻度尺測出n個點之間的間距x，n個點之間的時間t(n1)×0.02_s。則平均速度v。(7)根據打點計時器計算瞬時速度原理：取包含某一位置在內的一小段位移x，根據v測出這一段位移內的平均速度，

6、用這個平均速度代表紙帶經過該位置的瞬時速度。一般地，取以這個點為中間時刻的一段位移來計算。如圖2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。圖2數據處理；把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O，以后的點分別標上A、B、C、D、，如圖3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3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、vB、vC、vD、。把數據填入下表，根據數據判斷紙帶運動速度的變化情況。位置ABCDEFGv/(m·s1)2.注意為了減小實驗誤差，A、B、C、D不一定是連續計時點，比如可以間隔T0

7、.1 s(即每隔四個點)取一個計數點，而計算計數點的瞬時速度時，x、t應取此計數點前、后兩個點之間的位移和時間，即v。典 例 精 析【例1】 某次實驗打點計時器使用的交流電的頻率為50 Hz，紙帶的記錄如圖4所示，圖中O點為紙帶的第一個點，接下來的前幾個點模糊，因此從A點開始每打五個點取一個計數點：圖4(1)推測紙帶的運動是加速運動還是減速運動？_。(2)在打出A、F這兩點的時間間隔中，紙帶運動平均速度是_。(3)B點的瞬時速度為_。解析(1)從A點開始各相鄰計數點間的時間間隔為t0.02×5 s0.1 s，每隔0.1 s紙帶運動的位移分別是x12.15 cm、x22.89 cm、x

8、33.74 cm、x44.32 cm、x55.15 cm，說明紙帶做加速運動。(2)A、F間紙帶運動的平均速度為 m/s0.365 m/s(3)B點的瞬時速度可以用AC段的平均速度表示，故vBAC m/s0.252 m/s。答案(1)加速運動(2)0.365 m/s(3)0.252 m/s技巧點撥該題考查應用“極限”的思想求物體的瞬時速度，其平均速度可由求出，求瞬時速度時，應當取包含該點的盡可能短的時間間隔，由平均速度代替瞬時速度。即 學 即 練2在用打點計時器(電源頻率為50 Hz)研究物體做初速度為零的直線運動的某次實驗中，紙帶的記錄如圖5所示，圖中前幾個點模糊，因此從A點開始每5個點取一

9、個計數點，試根據紙帶求解以下問題：圖5(1)紙帶的哪一端與物體相連？(2)相鄰計數點間的時間間隔是多少？(3)BD段對應的平均速度是多大？(4)打C點時瞬時速度的大小？解析(1)由物體的初速度為零，可判斷紙帶左端與物體相連。(2)由交流電源頻率為50 Hz知，相鄰計時點間的時間間隔為0.02 s，每5個點取一個計數點，則計數點間的時間間隔t5T0.1 s。(3)由紙帶可知xBD(49.6012.38) cm0.372 2 m。tBD2t0.2 s由平均速度公式得 m/s1.861 m/s。(4)C點瞬時速度近似等于BD段的平均速度，故vC1.861 m/s。答案(1)左端(2)0.1 s(3)

10、1.861 m/s(4)1.861 m/s知識點三由圖象表示速度基 礎 梳 理1vt圖象用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標系。根據測量的數據在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即可得到vt圖象。根據圖象形狀判斷物體的運動狀態。2vt圖象的意義vt圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，它并不是物體運動的軌跡。3勻速直線運動的vt圖象勻速直線運動的vt圖象是與時間軸平行的直線，如圖6所示，直線a，b分別表示va4 m/s，vb8 m/s。圖64圖象法是處理實驗數據的常用方法之一。運用圖象法處理數據有許多優點，例如，能比較直觀地表達物理規律，能夠減小偶然誤差對實驗結果的

11、影響，能夠較方便地獲得某些未測量或無法直接測量的物理量。思考如圖7所示是某質點做直線運動的vt圖象，試回答：圖7(1)AB、BC、CD段質點分別做什么運動？(2)質點在5 s末的速度多大？解析(1)根據題中vt圖象可知在AB段速度隨時間不斷增加，所以AB段表示質點做加速運動；在BC段速度不隨時間而變化，所以BC段表示質點做勻速運動；在CD段速度隨時間不斷減少，所以CD段表示質點做減速運動。(2)質點在5 s末的速度由題中vt圖象可知是15 m/s。答案(1)AB段表示質點做加速運動；BC段表示質點做勻速運動；CD段表示質點做減速運動。(2)15 m/s典 例 精 析【例2】 在“用打點計時器測

12、速度”的實驗中，打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz，記錄小車運動的一段紙帶如圖8所示，在紙帶上選擇A、B、C、D、E、F六個計數點，相鄰兩個計數點之間還有四個點未畫出。圖8(1)由紙帶提供的數據求出打C、E點時小車的速度并填入下表：計數點序號BCDE計數點對應的時刻t/s00.10.20.3小車的速度v/(m·s1)0.250.45(2)根據上表中的數據，在下圖中作出小車運動的vt圖象。解析(1)用一段時間內的平均速度代替中間時刻的瞬時速度，則vC0.35 m/svE0.55 m/s(2)畫出的vt圖象應為一條傾斜的直線，如圖所示。答案(1)0.350.55(2)如解析圖所示

13、即 學 即 練3如圖9所示是用小車拖動、用打點計時器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的計數點。相鄰計數點間的時間間隔為0.1 s。試求：圖9(1)打點計時器打下B點時小車的瞬時速度；(2)在下圖中作出小車的速度時間圖象。解析(1)vB m/s0.26 m/s(2)vC m/s0.30 m/svD m/s0.34 m/s速度時間圖象如圖所示答案(1)0.26 m/s(2)見解析圖1如圖10所示是某位同學練習使用打點計時器得到的紙帶，紙帶向左通過打點計時器，從點跡的分布情況可以看出；紙帶_是勻速通過打點計時器的，紙帶_是越走越快的，紙帶_先是越走越快，后來是越走越慢。圖10解析

14、從打點計時器打好的紙帶看，每相鄰兩個點跡之間的時間間隔相等，都是0.02 s，圖甲中紙帶相鄰的點跡間的距離相等，說明這條紙帶是勻速運動的。紙帶乙的相鄰的點跡間的距離越來越大，說明紙帶的速度越來越快。紙帶丙所描述的是相鄰點跡間的距離先增大后減小，說明紙帶運動是先快后慢的。答案甲乙丙2小明同學在學習了DIS實驗后，設計了一個測物體瞬時速度的實驗，其裝置如圖11所示。在小車上固定擋光片，使擋光片的前端與車頭齊平、將光電門傳感器固定在軌道側面，墊高軌道的一端。小明同學將小車從該端同一位置由靜止釋放，獲得了如下幾組實驗數據。圖11實驗次序不同的擋光片通過光電門的時間/s速度/(m·s1)第一次

15、0.230 440.347第二次0.174 640.344第三次0.116 620.343第四次0.058 500.342則以下表述正確的是(多選)()A四個擋光片中，擋光片的寬度最小；B四個擋光片中，擋光片的寬度最小；C四次實驗中，第一次實驗測得的速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度；D四次實驗中，第四次實驗測得的速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度。解析若擋光片通過光電門的時間極短，可以用短程內的平均速度來表示擋光片通過光電門時的瞬時速度。相同速度下，通過光電門的時間越短，說明擋光片寬度越小。時間越短，則平均速度越接近瞬時速度。答案BD3使用電磁打點計時器進行“用打點計時器測速度”

16、的實驗。(1)小明同學用6 V的蓄電池給打點計時器供電，他能不能在紙帶上打出一系列時間間隔相等的點？_(填“能”或“不能”)(2)請計算出下面紙帶中計數點a與f兩點間平均速度為_m/s。(保留兩位有效數字)圖12(3)下列哪兩點間的平均速度最接近d點的瞬時速度？_；(填選項前面字母)Ade兩點Bdf兩點Cdg兩點Ddh兩點答案(1)不能(2)0.72(3)A4電磁打點計時器和電火花計時器都是使用_電源的計時儀器，電磁打點計時器工作的電壓是_，電火花計時器工作的電壓是_。當電源頻率是50 Hz時，每隔_打一個點。如圖13所示為物體運動時打點計時器打出的一條紙帶，圖中相鄰的點間還有四個點未標出，已

17、知打點計時器接50 Hz的交流電源，則ae段的平均速度為_ m/s，d點的瞬時速度約為_ m/s。圖13解析電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電源的計時儀器，電磁打點計時器的工作電壓是6 V以下，電火花計時器的工作電壓是220 V。當電源的頻率是50 Hz時，打點計時器的打點周期是0.02 s。當每5個點取1個計數點時，相鄰兩個計數點之間的時間間隔為T0.1 s，故ae段的平均速度為v m/s2.19 m/s，d點的瞬時速度最接近ce段的平均速度，故vd m/s3.28 m/s。答案交流6 V以下220 V0.02 s2.193.285一同學利用打點計時器打出的紙帶分析小車的運動速度時，從幾條紙帶中選出了一條