(共10张PPT)
第四节 测量直线运动物体的瞬时速度
打点计时器
1.打点计时器:一种通过在纸带上打点来记录物体运动信息的仪器。
(1)电火花计时器工作电源:220 V交流电源。
(2)电磁打点计时器工作电源:4~6 V交流电源。
2.打点间隔:当电源频率是50 Hz时,纸带上两个相邻点间经历的时间都是0.02 s。
数字计时器
1.数字计时器:一种可以将采集信息的时间显示出来的仪器。如图所示是由数字
计时器和光电门组成的计时测量装置。
2.计时原理
当宽度一定的物体通过光电门时,光线被挡,数字计时器开始计时,遮光结束(物体
通过)停止计时,这样就记录下物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。数字计时
器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间,并测量物体运动的瞬时速度和平
均速度。
知识辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ”。
1.打点计时器是一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪
器。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器,在纸带上打下的点就记录了物体
运动的时间,纸带上的点也相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置。 ( )
2.电磁打点计时器和电火花计时器工作时都使用220 V的交流电压。 ( )
3.使用打点计时器(电源频率为50 Hz)打出的纸带上相邻两个点间的时间为
0.02 s。 ( )
4.用电火花计时器记录物体的运动信息比用电磁打点计时器的误差小。 ( )
电磁打点计时器的工作电压是4~6 V。
√
√
√
用打点计时器测量瞬时速度
1.实验步骤
(1)了解电火花计时器的结构,然后把它固定在水平桌面上,纸带穿过限位孔,把纸
带放在墨粉纸盘的下面。
(2)把电火花计时器接到220 V的交流电源上。
(3)接通电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一系列的点,随后立即关闭电源。
(4)取下纸带,选择某个清晰的点,往后数出若干个点。如果数出n个点,则用Δt=0.0
2×(n-1) s计算出纸带从第一个点运动到第n个点的时间。
(5)用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离,将测量值填入自己设计的表格中。
(6)计算包含某个点在内的一段位移Δx,同时记录对应的时间Δt,利用v= 计算该
点的瞬时速度,将结果填入表格中。
2.注意事项
(1)使用电火花计时器时,应注意让纸带位于墨粉纸盘下方;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。
(2)开始前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。
(3)开始时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定之后,再拉动纸带,打点完成之后
应立即关闭电源。
(4)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,即
统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离,再计算每段位移。
(5)区别计时点和计数点
①计时点是打点计时器在纸带上打出来的点。
②计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有
若干个计时点。计数点一般不取第一个计时点,而是选择点迹清晰、与相邻的计
时点间距适中的点。
(6)区别打点周期和计数周期
①打点周期:两个相邻的计时点之间的时间,即交流电源的周期,一般为0.02 s。
②计数周期:两个相邻的计数点之间的时间,若相邻两个计数点之间还有(n-1)个
计时点,则计数周期为T=0.02n s。
典例 如图是某同学在做研究直线运动物体的速度实验中获得的一条纸带。
(1)实验中使用的是电磁打点计时器,它使用的是低压 电源(填“交流”
或“直流”)。当电源的频率是50 Hz【1】时,它每隔 s打一个点。
(2)下列实验操作正确的是 。
A.先接通电源,再释放纸带 B.先释放纸带,再接通电源
(3)A、B、C、D是纸带上的四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出
【2】。从图中读出A、B两点间距x= ;C点对应的速度是 m/s(计算
结果保留三位有效数字)。
信息提取 【1】电源频率为50 Hz,使用的是交流电,频率和周期互为倒数,可得
打点周期。
【2】每两个相邻计数点间有四个点没有画出,即每五个点取一个计数点,相邻计
数点间的时间为打点周期的5倍。
思路点拨 (1)已知打点计时器使用的交流电源的频率,根据周期与频率的关系,
求打点周期。
(2)根据打点计时器的使用注意事项【3】,确定接通电源和释放纸带的先后顺序。
(3)利用打点计时器测瞬时速度的方法计算各计数点的瞬时速度。
解析 (1)实验使用的是电磁打点计时器,则它使用的是低压交流电源。当电源
的频率是50 Hz时,打点周期为T= =0.02 s(由【1】得到),即打点计时器每隔0.02
s打一个点。
(2)为充分利用纸带,实验时要先接通电源,再释放纸带(由【3】得到),故选A。
(3)由每两个相邻计数点间有四个点没有画出,可知相邻计数点间的时间t=5T=0.1
s(由【2】得到)。从图中读出A、B两点间距x=1.70 cm-1.00 cm=0.70 cm,C点对应
的速度是vC= = m/s=0.100 m/s。
答案 (1)交流 0.02 (2)A (3)0.70 cm 0.100第四节 测量直线运动物体的瞬时速度
基础过关练
题组一 认识打点计时器
1.关于打点计时器的使用,下列说法正确的是( )
A.电磁打点计时器使用的是4~6 V的直流电源
B.在使用打点计时器时,先让物体运动,后接通打点计时器的电源
C.记录在纸带上的点反映了运动物体各个时刻的位置
D.纸带上的点越密集,说明物体运动得越快
2.电磁打点计时器是一种每间隔一个固定的时间在纸带上连续打点的仪器,它使用 (填“直流”或“交流”)电源,工作电压为 V;而电火花计时器使用的交流电压为 V。当电源频率是50 Hz时,它每隔 s打一次点。
题组二 实验原理、步骤
3.在“测量沿斜面运动小车的瞬时速度”实验中,下列说法正确的是 ( )
A.实验时应先放开小车,再接通打点计时器的电源
B.为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为计时起点
C.为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点
D.两相邻计数点间的时间必须是0.1 s
4.在“测量沿斜面运动小车的瞬时速度”的实验中。
(1)实验室提供了以下器材:电火花计时器、一端垫高的长木板、小车、纸带、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是 ;
(2)按照实验进行的先后顺序,将下述步骤的代号填在横线上 。
A.把穿过电火花计时器的纸带固定在小车后面
B.把电火花计时器固定在木板被垫高的一端,并连好电路
C.换上新的纸带,再重做两次实验
D.把长木板平放在实验桌上,并将远离桌边的一端垫高
E.使小车停在靠近电火花计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动
F.断开电源,取出纸带
题组三 用打点计时器测瞬时速度
5.(1)如图所示,你的左手拿一块表,右手拿一支彩色画笔。你的同伴牵动一条宽约1 cm的长纸带,使纸带在你的笔下沿着直线向前移动。每隔1 s你用画笔在纸带上点一个点。你还可以练习在1 s内均匀地点上两个点。这样,就做成了一台简单的“打点计时器”。由实验可知,纸带速度越大,相邻两点的距离越 (选填“远”或“近”),纸带的速度对相邻两点所表示的时间 (选填“有”或“没有”)影响。
(2)小张用同一个打点计时器在固定频率下,测量小车拉动纸带甲、乙、丙、丁的运动速度,每次小车都是自右向左运动,四段纸带的长度都相同,如图,则下列叙述正确的是 。
A.纸带甲打点均匀,表示小车的运动是匀速的
B.纸带乙显示的平均速度与纸带甲的相同
C.纸带丙表示的小车的运动是先快后慢
D.纸带丁表示的小车的运动是先慢后快
6.某同学在“用打点计时器测速度”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况(交流电源频率是50 Hz),在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,相邻点间的距离如图所示,每两个相邻的计数点之间的时间为0.1 s。(计算结果保留3位有效数字)
(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,下列选项中:
A.时间 B.位移
C.平均速度 D.瞬时速度
我们可以从纸带上直接得到的物理量是 ,测量得到的物理量是 ,通过计算能得到的物理量是 。
(2)根据纸带上各个计数点间的距离,计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度填入下表。
vB vC vD vE vF
数值/(m·s-1)
(3)以打A点时为计时零点,将B、C、D、E、F各点对应的瞬时速度标在直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
题组四 利用光电门测瞬时速度
7.像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示。a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现有一放在气垫导轨上的滑块在牵引力作用下通过光电门(如图乙),配套的数字毫秒计记录了它上方固定的挡光片通过光电门的时间为Δt,用刻度尺测量出挡光片的宽度为d,由公式v=可得到滑块通过光电门的速度v,它实质上是滑块通过光电门的 ,要使瞬时速度的测量值更接近真实值,可将挡光片的宽度 (填“增大”或“减小”)一些。
甲
乙
答案全解全析
第四节 测量直线运动物体的瞬时速度
基础过关练
1.C 电磁打点计时器使用的是4~6 V的交流电源,A错误;在使用打点计时器时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动,B错误;打点计时器每隔一定的时间打下一个点,因而点迹记录了物体运动的时间,同时也记录了物体在各个时刻的位置和某段时间内的位移,C正确;纸带上的点越密集,说明相等的时间内发生的位移越小,即被测量的物体运动得越慢,D错误。
2.答案 交流 4~6 220 0.02
解析 电磁打点计时器和电火花计时器使用的都是交流电源,前者工作电压为4~6 V,后者工作电压为220 V。当电源频率是50 Hz时,周期为T== s=0.02 s,即它每隔0.02 s打一次点。
3.C 在“测量沿斜面运动小车的瞬时速度”的实验中,应先接通打点计时器的电源,再释放小车,A错误;开始时打下的点密集,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点作为计时起点,B错误,C正确;相邻计数点间时间的选取适当即可,两相邻计数点间的时间不一定取0.1 s,D错误。
4.答案 (1)弹簧测力计、停表 (2)DBAEFC
解析 (1)在本实验中不需要测量力的大小,因此不需要弹簧测力计。电火花计时器打出的纸带记录了小车的运动时间,因此不需要停表。
(2)在“测量沿斜面运动小车的瞬时速度”的实验中,应先把长木板平放在实验桌上,并将远离桌边的一端垫高,然后把电火花计时器固定在长木板被垫高的一端,并连好电路,再把穿过电火花计时器的纸带固定在小车后面,使小车停在靠近电火花计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动,断开电源,取出纸带,最后换上新的纸带,再重做两次。
根据上面的过程可知步骤为DBAEFC。
5.答案 (1)远 没有 (2)A
解析 (1)由于相邻两点表示的时间间隔相同,则纸带速度越大,相邻两点的距离越远,纸带的速度对相邻两点所表示的时间没有影响。(2)纸带甲打点均匀,表示小车的运动是匀速的,A正确;纸带乙上两点间距离较大,故显示的平均速度比纸带甲的大,B错误;纸带丙显示打点间距逐渐变大,表示小车的运动是逐渐变快,C错误;纸带丁表示的小车的运动是逐渐变慢,D错误。
6.答案 (1)A B CD
(2)0.380 0.440 0.501 0.560 0.619
(3)如图所示
解析 (1)纸带上任意相邻的两点间的时间与交流电源的周期相同,所以可以从纸带上直接得到的物理量是时间;利用刻度尺可测量计数点间的距离,即测量得到的物理量是位移;利用速度公式计算出的有平均速度和瞬时速度。
(2)利用一段位移内的平均速度代替这段位移中间某点的瞬时速度,得vB=×10-2 m/s=0.380 m/s,vC=×10-2 m/s=0.440 m/s,vD=×10-2 m/s=0.501 m/s,vE=×10-2 m/s=0.560 m/s,vF=×10-2 m/s=0.619 m/s。
(3)利用得到的各点的瞬时速度在坐标系中描点连线,连线时用直线拟合各点,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,图像见答案。
7.答案 平均速度 减小
解析 v实质上是滑块通过光电门的平均速度,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,可将挡光片的宽度减小一些。
导师点睛
利用光电门测瞬时速度的原理是:利用平均速度来代替瞬时速度,因此在测量过程中,挡光片越窄,时间越短,平均速度越接近瞬时速度。
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