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高中物理 第1章 第4节 实验 用打点计时器测速度精品课件 新人教版必修1


第四节 实验:用打点计时器测速度

课标定位
学习目标:1.学会使用打点计时器.

2.学会利用打出的纸带求瞬时速度.
3.能通过纸带上点的位置关系分析物体的运动 情况. 4.会用图象表示速度随时间变化的规律. 重点难点:1.打点计时器的正确使用.

2.掌握测速度的方法.

第 四 节 实 验 : 用 打 点 计 时 器 测 速 度

课前自主学案 核心要点突破

课堂互动讲练
知能优化训练

课前自主学案

【实验目的】 1.了解打点计时器的结构、原理及使用方法. 2.会用纸带求速度及根据v-t图象处理数据.

【实验原理】 1.打点计时器的原理及使用 电火花计时器 电磁打点计时器

结构 图示

电火花计时器

电磁打点计时器

工作 电压 打点 方式 打点 周期 记录 信息

220 V交流电
周期性产生电火 花 0.02 s

6 V交流电
振针周期性上下 振动 0.02 s

位移、时间

2.测量速度的原理 (1)测量平均速度:测量打点计时器在打出某两个点 的时间间隔中纸带运动的平均速度,可以用刻度尺 量出这两点间的距离 Δx(注意测量值应估读到 0.1 mm),数出这两点间的点数 n(包括两端点),则打这 Δx 两点的时间间隔 Δt=(n-1)T, 即可由 v = Δt 算出平 均速度. (2)测量瞬时速度:测量瞬时速度的方法实际上是利 用了一种极限逼近的方法.

图 1- 4- 1
如图 1-4-1 所示,要测量 C 点的瞬时速度,可以 选取较为靠近 C 点的两个点如 B、 E 两点, 根据 B、 Δx E 两点间的位移 Δx 和时间 Δt,利用公式 v = Δt 计 算出纸带在这两点间的平均速度,用这个平均速度 代表纸带经过 C 点时的瞬时速度.当然,如果包含 C 点在内的间隔取得小一些,例如取 B、D 两点,

计算出的平均速度会更接近C点的瞬时速度,然 而两点距离过小,测量误差就会增大,所以两点 间位移太大或太小都不合适,应该根据实际情况 选取合适的两个点,一般选取距C点最近的两个 点来求两点间的平均速度.

【实验器材】 打点计时器、学生电源、刻度尺、纸带、复写纸、 导线、坐标纸. 【实验步骤】 1.把电磁打点计时器固定在桌子上,纸带穿过限 位孔,把复写纸套在定位轴上,并且压在纸带上 面. 2.把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压 交流电源上.

3.接通电源开关,用手水平拉动纸带,使它在水平 方向上运动,纸带上就打下一系列点. 4.取下纸带,从能看得清的某个点开始,往后数出 若干个点,如果共有 n 个点,那么 n 个点的间隔数 为 n-1 个,则纸带的运动时间 Δt=(n-1)×0.02 s. 5. 用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的 距离 Δx. Δx 6. 利用公式 v = Δt 计算出纸带在这段时间内的平均 速度.

7.把纸带上能看得清的某个点作为起始点O,

以后的点分别标上A、B、C、D…作为“计数点”,
如图1-4-2所示,依次测出O到A、A到B、B到

C…之间的距离x1、x2、x3….

图 1- 4- 2

核心要点突破

一、数据处理 1.打点计时器打点的周期为 T,则 A、B、C、D… x1+x2 x2+x3 各点的瞬时速度分别为:vA= 、vB= 、 2T 2T x 3+ x 4 x 4+ x 5 vC= 、vD= …. 2T 2T

把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做 匀速直线运动. 位置 A B C D E F

(xn+xn+1)/(m)
v/(m· s - 1)

2.利用v-t图象分析物体的运动 (1)v-t图象的作法 用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标 系.根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平 滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图1-4-3 所示的v-t图象. (2)v-t图象的意义v-t图象非常直观地反映了速度 随时间变化的情况,它并不是物体运动的轨迹.

图 1- 4- 3

(3)匀速直线运动的v-t图象

①匀速直线运动的v-t图象是与时间轴平行的直
线,如图1-4-4所示,直线a、b分别表示va=4

m/s,vb=8 m/s.

图 1- 4- 4

②从匀速直线运动的v-t图象中不仅可以看出
速度的大小,并且可以求出位移,根据位移公

式x=vt,在v-t图象中就对应着边长分别为v
和t的一个矩形面积,如图1-4-5中画斜线的

部分.

图 1- 4- 5

(4)图象法是处理实验数据的常用方法.运用图象

处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易
懂,可以减小偶然误差,可以方便地获得某些未

经测量或无法直接测量的物理数值等.
二、误差分析

1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带
来系统误差.为减小误差,应取以计数点为中心 的较小位移Δx来求平均速度.

2.分段测量计数点间的位移x带来误差.减小此
误差的方法是一次测量完成,即一次测出各计数

点到起始计数点O的距离,再分别计算出各计数点
间的距离. 3.计数点间的时间Δt搞错.计数点间涉及到n个 打印点,计数点间的时间间隔为Δt=(n-1)×0.02 s.而非Δt=n×0.02 s.

4.作v-t图象不用坐标纸、尺子,坐标单位选定
的不合理,作图粗糙带来误差.

三、注意事项 1.实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带 时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现 象. 2.使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时 器打点稳定后,再拉动纸带. 3.手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集. 4.使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好, 墨粉纸盘位于纸带上方,使用电磁打点计时器时, 应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面.

5.使用电磁打点计时器时,如打出的点较轻或是
短线,应调整振针距复写纸的高度.

6.打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后
应立即关闭电源.

7.对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移
,正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各 个测量点到起始测量点O之间的距离).读数时应 估读到毫米的下一位.

课堂互动讲练

打点计时器的使用
例1

电磁打点计时器的工作电压是________,

电火花计时器的工作电压是________,当电源频

率是50 Hz时,它们每隔________s打一次点.使
用电磁打点计时器时,纸带应穿过________,复 写纸要放在纸带的__________面;打点时应先

________,稳定后,再让纸带运动.

【精讲精析】 打点计时器分为两种,电磁打点 计时器使用低压交流电源,而电火花计时器使用 220 V交流电,电源频率为50 Hz时,每隔0.02 s 打一个点,电磁打点计时器靠振针和复写纸打点, 纸带应穿过限位孔,放在复写纸下面,拉动纸带 前,应先接通电源. 【答案】 6 V以下 220 V 0.02 限位孔 上 接通电源 【方法总结】 两种计时器的区别:(1)工作电压 不同;(2)工作原理不同;(3)打点方式不同.

对实验操作及步骤的考查 (2011年杭州高一检测)在用打点计时器研究 小车在重物牵引下运动的实验中,某同学有如下操 作步骤,其中错误的步骤是 ____________________,有遗漏内容的步骤是 ________________. A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,松 开纸带后再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路 C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮下面 悬挂适当的钩码
例1

D.取下纸带 E.放手,使小车在平板上运动 F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的 限位孔 将以上步骤完善后合理的序号排列为 ____________. 【精讲精析】 合理的步骤如下: B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端, 并接好电路 F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的 限位孔

C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮下 面悬挂适当的钩码 A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处, 接通电源 E.放手,使小车在平板上运动 D.断开电源,取下纸带 【答案】 AB D BFCAED 【方法总结】 学会打点计时器的使用是本节的 一个重要内容,打点计时器的使用步骤是要严格 遵守的,不能混乱.

实验数据的处理
例3

(2011年莆田高一检测)如图1-4-6所示是用

打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一
部分,从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、 3、4、5、6…,现在量得0、1间的距离x1=5.18 cm,1、2间的距离x2=4.40 cm,2、3间的距离x3= 3.62 cm,3、4间的距离x4=2.78 cm,4、5间的距离

x5=2.00 cm,5、6间的距离x6=1.22 cm(f=50
Hz). 图 1- 4- 6

(1)根据上面记录,计算打点计时器在打1、2、 3、4、5点时的速度并填在下表中. 1 2 3 4 5 位置 v/m· s- 1 (2)根据(1)中表格,在图1-4-7中画出小车的 速度-时间图象,并说明小车速度变化特点.

图 1- 4- 7 【思路点拨】 求某点的速度时,我们用相邻两点 间的平均速度代替.

【精讲精析】 (1)某点的瞬时速度可用包含该点的 一段位移内的平均速度表示 x1+x2 打 1 点时:v1= =1.20 m/s, 2Δt x2+x3 打 2 点时:v2= =1.00 m/s, 2Δt x3+x4 打 3 点时:v3= =0.80 m/s, 2Δt x4+x5 打 4 点时:v4= =0.60 m/s, 2Δt x5+x6 打 5 点时:v5= =0.40 m/s, 2Δt

将数值填入表格如下 位置 v/m· s- 1 1 1.20 2 1.00 3 0.80 4 0.60 5 0.40

(2)描点并连线得小车的速度 -时间图象 由图象可见,小车速度均匀 图 1 - 4- 8

减小.

【答案】

见精讲精析 在以后的学习中,将会证明:用

【方法总结】

一段时间内的平均速度可以代表该段时间中间时 刻的瞬时速度.


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