2018人教版物理必修一精品学案：1.4实验：用打点计时器测速度 Word版含答案

高中物理
实验：用打点计时器测速度
一、考点突破
此部分内容在高考物理中的要求如下：
知识点
考纲要求
题型
分值
实验：用打点计时器测速度
正确使用电火花计时器或电磁打点计时器
实验题
4~5分
二、重难点提示
重点：对纸带的分析，求速度。
难点：打点计时器打点计时原理。
1. 对打点计时器的认识：
电磁打点计时器
电火花计时器
结构
原理
它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。当接通6 V以下低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一个点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s。
它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。当接通220 V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50 Hz时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。
工作电压
6 V以下低压交流
220 V交流
阻力
与纸带有接触，阻力大
电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小
2. 实验步骤：
⑴把打点计时器固定在桌子上，按照要求装好纸带。
⑵打点计时器接交流电源。
⑶接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一行小点，随后立即关闭电源。
⑷取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点，如果共有n个点，那么点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间t＝0.02（n－1）s。
⑸用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点n间的距离。
⑹利用公式v=Δx/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。
⑺根据v＝Δx/Δt计算出0，1，2，…,5各点附近的平均速度，把它当做计时器打下这些点时的瞬时速度，并记入下表中，点０作为计时起点，t＝０，便可看出手拉纸带运动的速度变化情况。
手拉纸带在几个时刻的瞬时速度
位置
0
1
2
3
4
5
时刻（t/s）
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
瞬时速度（v/m·s－1）
例题1 电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，它的工作电压是________V，当电源频率是50 Hz时，它每隔______s打一次点。使用打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸应套在________上，并要放在纸带的____面；应把________电源用导线接在_________上；打点时应先__________，再让纸带运动。
思路分析：电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用低于10 V低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源再让纸带运动。
答案：交流 4~6 0.02 限位孔 定位轴 上 交流 接线柱 接通电源
例题2 打点计时器所用电源的频率为50 Hz,某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为____m/s，在A、D间的平均速度为_____m/s，B点的瞬时速度更接近于______m/s。
思路分析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s，AC间的距离为14mm=0.014m，AD间的距离为25mm=0.025m，由公式得：，，B点的瞬时速度更接近于0.35m/s。
答案：0.35m/s 0.42m/s 0.35m/s
【方法提炼】用图象表示速度
以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据用打点计时器测出的各时刻的瞬时速度值，用描点法在坐标系中描出各个点，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，描述速度v与时间t关系的图象，叫做速度—时间图象或v－t图象。
匀速直线运动图象三要点：
①匀速直线运动的图象是一条平行于t 轴的直线。匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化，其v－t图象如图所示。
②从匀速直线运动的v－t图象不仅可以看出速度的大小，而且可以求出位移，据位移公式x=vt，在速度图象中就对应着边长分别为v和t的一块矩形面积（图中画斜线的部分）。
③从v－t图上可以直观地看出速度随时间的变化情况。
例题：在研究物体做变速直线运动的实验中，根据实验数据算出了物体在各不同时刻的瞬时速度如下表所示。
⑴画出物体的v－t图象。
⑵若0到1两测量点间距离Δx=5.6 cm,试求出t=0.06 s时的瞬时速度。
测量点序号
0
1
2
3
4
5
对应时刻（t/s）
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
瞬时速度（cm/s）
44.0
62.0
81.0
100.0
110.0
168.0
思路分析：采用描点法作出v－t图象；用0到1间的平均速度代替t=0.06 s时的瞬时速度。
答案：（1）如图所示 ⑵56 cm/s