4 實驗：用打點計時器測速度,第一章 運動的描述,學科素養與目標要求,1.了解兩種打點計時器的結構和工作原理，并學會安裝和使用. 2.掌握測瞬時速度的方法，會用打出的紙帶求瞬時速度,科學探究：,1.會用平均速度代替瞬時速度. 2.會建立坐標系、描點連線，會用圖象表示速度隨時間變化的規律,科學思維：,自主預習,01,打點計時器及其原理,一,220,交流,交流,6V,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 電源上(電源頻率為50 Hz，電磁打點計時器接 V以下低壓 電，電火花計時器接 V 電). (3)先接通電源開關，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打出一行小點，隨后立即關閉電源. (4)取下紙帶，從能夠看清的某個點開始，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 個，則紙帶的運動時間t( )0.02 s. (5)用刻度尺測量出從 的點到最后的點間的距離x. (6)利用公式v 計算出紙帶在這段時間內的平均速度.,練習使用打點計時器,二,6,交流,交流,220,交流,n1,n1,開始計數,2.注意事項 (1)打點前，應使物體停在 (填“靠近”或“遠離”)打點計時器的位置. (2)打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩定后，再拉動紙帶. (3)打點計時器不能連續工作太長時間，打點之后應立即關閉電源. (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(可先統一測量出各個計數點到起始計數點之間的距離).,靠近,1.原理 紙帶上某一位置的瞬時速度，可以粗略地由包含這一位置在內的一小段位移x內的平 均速度表示，即根據v ，當t或x較小時，用這個 代表紙帶經過該位置的瞬時速度. 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 .,用打點計時器測量瞬時速度,三,平均速度,圖1,2.數據處理 (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,(3)列表比較：把數據填入下表，根據數據判斷紙帶運動速度的變化情況.,3.注意 (1)為了減小實驗誤差，A、B、C、D不一定是連續計時點，比如可以隔四個點取一個計數點，此時兩個計數點間的時間間隔T s. (2)計算某計數點的瞬時速度時，x、t應取該計數點前、后兩個計數點之間的位移和 時間，即vn .,0.1,1.速度時間圖象(vt圖象) 用橫軸表示 ，縱軸表示 ，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，即得到物體運動的vt圖象. 2.vt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，但它 (選填“是”或“不是”)物體運動的軌跡.,用圖象表示速度,四,速度v,時間t,不是,3.vt圖象的應用 (1)由圖象能看出每一時刻對應的速度. (2)由圖象可以確定速度的方向：速度為正，說明物體的速度方向與選定的正方向相同(圖3中05 s)，速度為負，說明物體的速度方向與選定的正方向相反(圖中56 s). (3)由圖象可以確定物體是加速運動還是減速運動.圖中02 s內物體做加速運動，24 s內物體做勻速運動，45 s內物體做減速運動，56 s內，物體速度大小在增大，做加速運動.,圖3,重點探究,02,例1 (2018新鄉市高一檢測)(1)打點計時器是記錄做直線運動物體的_和_的儀器.電火花計時器是其中的一種，其工作電壓是_，電火花計時器靠電火花和墨粉打點，當交流電的頻率為50 Hz時，它每隔_ s打一次點.,解析 打點計時器是記錄運動物體的位置和時間的儀器，均使用交流電源，電火花計時器的工作電壓是220 V，當交流電頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點.,打點計時器的應用原理與操作,一,位置,時間,220 V,0.02,解析 紙帶正確的安裝方法：把打點計時器固定在桌子上，把墨粉紙套在紙盤軸上，讓紙帶穿過限位孔，故A正確； 電火花計時器使用220 V交流電源，故B錯誤； 實驗時應先打開電源，再拉動紙帶，故C錯誤； 數據處理時應先取下紙帶，用刻度尺測量最后一個點與計時起點的距離x0，用公式v 計算紙帶運動的平均速度，故D正確.,(2)(多選)以下是練習使用電火花計時器的部分實驗步驟，其中錯誤的操作是 A.把打點計時器固定在桌子上，把墨粉紙套在紙盤軸上，讓紙帶穿過限位孔 B.把打點計時器與46 V低壓交流電源相連 C.用手水平地拉動紙帶，然后打開脈沖輸出開關 D.取下紙帶，用刻度尺測量最后一個點與計時起點的距離x0，用公式v 計算紙帶 運動的平均速度,例2 (2019定遠育才學校月考)(1)電磁打點計時器使用的是_(選填“交流46 V”或“交流220 V”)電源，實驗室使用我國民用電(頻率50 Hz)時，如果每相鄰的計數點間還有4個點未標出，則相鄰兩個計數點的時間間隔為_.,瞬時速度的計算與速度時間圖象,二,交流46 V,0.1 s,(2)在“練習使用打點計時器”的實驗中，某同學選出了一條清晰的紙帶，并取其中的A、B、C七個點進行研究，這七個點和刻度尺標度的對應位置如圖4所示. 可求出A點到D點的距離是_ cm.,圖4,4.10,(3)由實驗數據可得A點到D點的平均速度是_ m/s；B點的瞬時速度是_ m/s.(結果均保留兩位有效數字),0.14,0.13,例3 某同學在“用打點計時器測速度”的實驗中，電源頻率為50 Hz，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個計數點.相鄰計數點間的距離如圖5所示，每兩個相鄰的計數點之間的時間間隔為0.1 s.,(1) 在實驗中，使用打點計時器時應先_再_.(選填“釋放紙帶”或“接通電源”),接通電源,釋放紙帶,圖5,解析 在實驗中，使用打點計時器時應先接通電源，再釋放紙帶.,(2) 每兩個計數點間還有_個計時點沒有標出.,4,(3) 試根據紙帶上各個計數點間的距離，每隔0.1 s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(計算結果均保留3位有效數字).,0.400,0.479,0.560,(4)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標在圖6直角坐標系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖線.,答案 見解析圖,解析 圖線如圖所示：,圖6,如圖7所示，當滑塊在導軌上運動時，光電計時器利用光敏電阻的特性記錄了遮光板通過光電門的時間，而遮光板的寬度x已知，并且非常小，由于滑塊通過光電門的時間t非常短，在這段時間內滑塊的運動可以近似看作勻速直線運動，所以可認為遮光板通過電門時的瞬時速度等于遮光板通過光電門時的平均速度v .,利用氣墊導軌和光電門測速度,三,圖7,1.工字鋼底座 2.底腳螺絲 3.滑輪 4.光電門 5.導軌 6.遮光板 7.滑塊 8.緩沖彈簧 9.進氣嘴,例4 如圖8所示，氣墊導軌上滑塊經過光電門時，其上的遮光條將光遮住，電子計時器可自動記錄遮光時間t.測得遮光條的寬度為x，用 近似代表滑塊通過光電門時的瞬時速度.為使 更接近瞬時速度，正確的措施是 A.換用寬度更窄的遮光條 B.換用寬度更寬的遮光條 C.提高測量遮光條寬度的精確度 D.使滑塊的釋放點更靠近光電門,圖8,提高測量遮光條寬度的精確度，不能減小t，C項錯誤； 使滑塊的釋放點更靠近光電門，滑塊通過光電門的速度更小，時間更長，D項錯誤.,達標檢測,03,1.(多選)在“用打點計時器測速度”的實驗中，若打點周期為0.02 s，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6 V以下的交流電源 D.連續n個計時點間的時間間隔為(n1)0.02 s,解析 使用打點計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩定后，再拉動紙帶，A正確，B錯誤； 電火花計時器使用220 V的交流電源，C錯誤； 每相鄰的兩個計時點間的時間間隔為0.02 s，連續n個計時點間有(n1)個時間間隔，故時間間隔為(n1)0.02 s，D正確.,1,2,3,4,5,6,2.(2019漢陽一中月考)圖9為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，工作時使用交流電源，其工作電壓是_ V. 操作基本步驟如下： A.當紙帶通過電火花計時器后，及時關閉電火花計時器 B.將紙帶從墨粉紙盤下面穿過打點計時器 C.啟動電源，聽到放電聲，立即拖動紙帶運動 上述步驟正確的順序是_.(填寫步驟編號),220,圖9,BCA,1,2,3,4,5,6,3.(2019定遠育才學校月考)電火花計時器是一種使用_(填“直流”或“交流”)電源的計時儀器；若電源的頻率為50 Hz，則每相鄰兩個計時點間的時間間隔為_ s；若在實驗時交流電源的電壓突然減小且實驗者并不知道，那么實驗根據紙帶上的數據計算某段時間內的平均速度值與實際值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”).,交流,0.02,不變,1,2,3,4,5,6,4.用氣墊導軌和數字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度.如圖10所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為t10.29 s，通過第二個光電門的時間為t20.11 s，已知遮光板的寬度為3.0 cm，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_.(結果均保留兩位有效數字),0.10 m/s,0.27 m/s,圖10,1,2,3,4,5,6,解析 由于滑塊經過光電門時遮光板的擋光時間較短，所以滑塊經過光電門的速度可用遮光板擋光時間內的平均速度表示.,1,2,3,4,5,6,5.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50 Hz，記錄小車運動的紙帶如圖11所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5共六個計數點，相鄰兩計數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1 mm的刻度尺，零刻度線跟“0”計數點對齊，由圖可以讀出三個計數點1、3、5跟“0”計數點的距離并填入表格中.,0.21,圖11,計算小車通過計數點“2”的瞬時速度為v2_ m/s.,1,2,3,4,5,6,1.20 5.40 12.00,解析 由題圖可知x11.20 cm，x25.40 cm，x312.00 cm.,1,2,3,4,5,6,6.如圖12所示是打點計時器打出的一條紙帶，電源頻率為50