第4節實驗:用打點計時器測量小車的速度第一章內容索引0102自主預習·新知導學合作探究·釋疑解惑03隨堂練習課標定位1.進一步練習使用打點計時器。2.會利用平均速度求瞬時速度。3.會利用v-t圖像處理實驗數據,并據此判斷物體的運動性質。素養闡釋1.通過練習使用打點計時器,培養學生的動手操作能力。2.通過利用一段時間內的平均速度來求某一點的瞬時速度,培養學生利用極限法處理問題的科學方法。3.通過用圖像處理數據,培養學生利用數學方法處理物理問題的科學思維方式。自主預習·新知導學一、實驗目的用打點計時器測量小車的速度。二、實驗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Δx內的平均速度表示,即

。當Δt或Δx較小時,用這個平均速度代表紙帶經過該位置的瞬時速度。如圖所示,E點的瞬時速度可用D、F兩點間的平均速度代表,即

。三、實驗器材小車、附有滑輪的長木板、打點計時器、紙帶、細繩、刻度尺、坐標紙。四、實驗步驟1.安裝實驗器材。注意把打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一邊,紙帶前端固定在小車后部,然后穿過打點計時器,小車前端的細繩穿過定滑輪垂下,如圖所示。2.使小車在木板上保持靜止,并靠近打點計時器,開啟打點計時器的電源開關。打點計時器穩定工作后,用手拉動細繩,使小車沿木板做直線運動。待小車運動約一半距離時,松開手,使小車依靠慣性繼續運動,直到左端。紙帶上會留下一系列點跡。3.關閉電源,換上新紙帶,重復第2步,打出多條紙帶。思考:為什么要先接通電源,后用手拉動細繩,使小車運動?提示:可以把小車前幾秒運動的軌跡都記錄下來,使實驗更加精確。五、數據處理1.在打出的紙帶中選擇一條點跡最清晰的,然后在紙帶上選取一段點跡清晰并且沒有重疊的區間,把第1個點標為O,而后依次標為A、B、C、D……2.用刻度尺測量各點的位置(一般使刻度尺的零刻度線與O點對齊,即O點的位置記為0),并記錄在表1中。表13.計算各相鄰計時點間的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE……并記錄在表2中。4.計算各段的平均速度

并記錄在表2中。表2六、繪制v-t圖像1.定坐標:坐標軸的標度選取要合理,應使圖像大致布滿坐標紙。2.描點:在坐標紙上描出各個坐標點的位置。3.連線:用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點。七、注意事項1.打點前,應使小車停在靠近(選填“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。(均選填“接通電源”或“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點O之間的距離)。讀數時應估讀到毫米的下一位。合作探究·釋疑解惑【問題引領】

【例題1】

(多選)在用打點計時器測量小車的速度的實驗中,下列說法正確的是(

)A.通過調節,使小車、紙帶、細繩和定滑輪上邊緣在一條直線上B.坐標軸單位長度越小越好C.開始前要先接通電源后拉紙帶,打完點要先斷開電源后取紙帶D.拉紙帶時越快越好答案:AC解析:通過調節,使小車、紙帶、細繩和定滑輪上邊緣在一條直線上,可以減小摩擦,故A正確;要適當地選取坐標軸的單位長度,使圖像盡量分布在較大的坐標平面內,故B錯誤;開始前要先接通電源后拉動紙帶,打完點后要先斷開電源后取下紙帶,故C正確;拉動太快,紙帶上留下的點跡太少,不利于數據處理,故D錯誤。1.拉動小車前要先接通電源;小車開始運動時應靠近打點計時器;拉動小車時不要太快,以免紙帶上留下的點跡太少。2.描繪圖像時要選取合適的標度,使圖像盡可能布滿整個坐標紙,使圖像更美觀、準確。【例題2】

下圖是做用打點計時器測速度實驗時得到的一條紙帶的一部分,從0點開始依照打點的先后每兩個點取一個計數點依次標為0、1、2、3、4、5、6…現測得0、1間的距離x1=5.18cm,1、2間的距離x2=4.40cm,2、3間的距離x3=3.62cm,3、4間的距離x4=2.78cm,4、5間的距離x5=2.00cm,5、6間的距離x6=1.22cm(每0.02s打一次點)。(1)根據測量數據,計算打點計時器在打1、2、3、4、5點時的速度,并填在下表中。(2)根據(1)中表格,在圖中畫出小車的速度—時間圖像,并說明小車速度變化的特點。答案:見解析

解析:(1)某點的瞬時速度可用包含該點的一段位移內的平均速度表示。(2)描點并連線得小車的速度—時間圖像。

由圖像可知,小車速度均勻減小。

1.瞬時速度的計算:小車在某點的瞬時速度,一般用一小段時間內的平均速度來代替。2.運動性質的判斷:用描點法作出小車的v-t圖像,根據圖像的形狀可以判斷小車的運動性質。隨堂練習1.

(實驗原理)(多選)使用打點計時器時應注意(

)A.無論使用電磁打點計時器還是電火花打點計時器,都應該把紙帶穿過限位孔,再把套在軸上的復寫紙壓在紙帶的上面B.使用打點計時器時應先接通電源,再拉動紙帶C.使用打點計時器時,拉動紙帶的方向應與限位孔平行D.打點計時器只能連續工作較短時間,打點之后要立即關閉電源答案:BCD解析:電磁打點計時器使用復寫紙,電火花計時器不用復寫紙,故A錯誤;實驗時應當先接通電源,再拉動紙帶,故B正確;為減小摩擦,拉動紙帶的方向應當與限位孔平行,故C正確;打點計時器不能長時間連續工作,故D正確。2.(實驗原理)(多選)當紙帶與運動物體連接時,打點計時器在紙帶上打出點跡,下列關于紙帶上點跡的說法正確的是(

)A.點跡記錄了物體運動的時間B.點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移C.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況D.紙帶上的點越密,說明物體運動得越快答案:ABC解析:從打點計時器的用途出發對選項進行篩選。打點計時器每隔一定的時間打下一個點,因而點跡記錄了物體運動的時間,也記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移;紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況,點跡越密物體運動越慢。3.(數據處理)下圖是一條利用打點計時器打出的紙帶,0、1、2、3、4、5、6是七個計數點,每相鄰兩個計數點之間還有四個點未畫出,各計數點到0的距離如圖所示。

(1)求出1、2、3、4、5計數點的瞬時速度。(2)畫出速度—時間圖線。答案:(1)v1=0.20m/s

v2=0.40m/s

v3=0.61m/s

v4=0.69m/s

v5=0.70m/s(2)見解析圖。解析:(1