13 记录物体的运动信息 学案（粤教版必修1）

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§1.3 记录物体的运动信息
【学习目标】
知识与技能
1．了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移)．
2．会安装并使用打点计时器．
3．通过实验得出物体的运动信息。
过程与方法
1．通过自己看打点计时器的说明书，培养独立学习的能力．
2．通过实验得出物体的运动信息。
4．体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑．
5．经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物体运动．21世纪教育网
情感态度与价值观
1．感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识．
2．经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙．
3．体验用图象的方法描述物理现象的乐趣．培养用数学方法处理物理问题的意识．培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神．
4．培养合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯．
【学习重点】
1．学会使用打点计时器．
2．能根据纸带分析物体的运动信息
【知识要点】21世纪教育网
1、打点计时器的原理构造
实验原理：（1）电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器，当通过4—6V低压交流电时，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50Hz时，它每隔0.02s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s。
（2）电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通220V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50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。
电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。
打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。
【问题探究】
电磁打点计时器使用低压交流电源工作，想一想能不能使用直流电源，为什么
答：工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致。若使用50 Hz的交流电，打点的时间间隔为0．02s.这个值正好是电源频率的倒数。21世纪教育网
【典型例题】
电磁打点计时器的打点周期取决于…………………………………( )
A．交流电压的高低 B．交流电的频率
C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离
答案：B
解析：电磁打点计时器的打点周期，即振针击打复写纸和纸带的周期，从它利用电磁感应打点的原理可知，振针是由振片带动振动的，而振片上下振动的周期就是线圈中磁场变化的周期，与所用交流电源的电流方向变化周期相对应．也就是交流电的周期，等于交流电的频率的倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为1/50s＝0．02s．我国使用的交流电的频倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为频率统一为50 Hz。
【当堂反馈】[来源:21世纪教育网]
1．关于打点计时器在纸带上打出的点痕，下列说法中正确的是（ ）
A．点痕记录了物体运动的时间21世纪教育网
B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．点在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况
D．根据纸带上的点痕可以知道任一时刻运动物体的瞬时速度
2．在使用打点计时器前应检查（ ）
A、所用电源是否符合要求 B、纸带是否平整
C、打点周期的等时性是否良好 D、复写纸安装是否正确
3．由打点计时器打出的纸带可以直接得到（可直接测量得到，而不需经过计算）的物理量是（ ）
A、时间间隔 B、位移 C、加速度 D、平均速度
4．在使用打点计时器时（）
A、 每打完一列点子就要切断电源
B、不要移动圆形复写纸片的位置[来源:21世纪教育网]
C、纸带一定要从两限位孔穿过，并且压在复写纸的下面
D、侧向移动限位孔位置，在一条纸带上可以打出两列点，提高纸带的利用率[来源:21世纪教育网]
5．在使用打点计时器时（ ）
A、应先接通电源，再使纸带运动
B、应先使用纸带运动，再接通电源
C、在使纸带运动的同时接通电源
D、先使纸带运动或先接通电源都可以
6．下面是四位同学在测定匀速运动的小车的速度时分别打出的四条纸带 ，纸带上的点迹比较理想的是（ ）
7．运动小车拉动的纸带通过打点计时器后，在纸带上留下的点子中有5 个连续清晰的点，测出5 个点间的距离为20cm，则（ ）
A、小车运动的平均速度为2.00m/s
B、小车运动的平均速度为2.50m/s
C、小车运动的平均速度为200m/s
D、小车运动的平均速度为250m/s
8．某同学用手水平地拉动纸带通过打点计时器后，纸带上打下了一列点，他要根据这列点计算纸带运动的平均速度及纸带是否做匀速直线运动，则下列操作正确的是（ ）
A、他首先查清共有多少个点
B、他首先从第一个能看清的点数起，查清共有多少个点
C、他分别测出每两个相邻清晰点间的距离，然后相加，把相加的结果作为所有能够看清点间的总长度，用来计算平均速度。
D、他分别测出每两个相邻清晰点间的距离，用来计算各段的平均速度，判断是否是匀速运动。
9．根据图所示的打点计时器构造图，
指出各主要部件的名称：①___ _，
②__ __，③___ _，
④ ___ _，⑤__ __，[来源:21世纪教育网]
⑥__ __，⑦__ __，
⑧___ _，⑨__ _。
10．电磁打点计时器的电源应是________电源，通常的工作电压为________伏，实验室使用我国民用电时，每隔________秒打一次点，如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。
11．电磁打点计时器是一种使用交流电源的＿ ＿仪器，当电源的频率为50Hz时，振针每隔＿ ＿s打一次点，现在用打点计时器测定物体的加速度，当电源频率低于50Hz时，如果仍按频率为50Hz的时间间隔打一次点计算，则测出的加速度数值＿＿＿＿（选填“大于”，“小于”，或“等于”频率为50Hz时测出的加速度的值。
12．打点计时器是一种使用 流电源的 仪器，它的工作电压为 V，当电源频率为50Hz时，它第隔 s打一次点，当电源的频率为60Hz时，它第隔 s打一次点。
13．下图是某同学用打点计时器（电源频率为50Hz）研究某物体运动规律时得到的一段纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器历时 s，位移为 m，这段时间内纸带运动的平均速度为 m/s，BC段的平均速度为 m/s，而AD段的平均速度是 m/s。
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【参考答案】
1、ABC2、A、B、C、D应注意（1）还应检查振针的高度是否适当，固定振动片的螺丝是否松动，如果有上述现象会出现漏点、双点、等时性不良情况。（2）如果经检查发现打点计时器有问题，不要自己调整，应请实验老师调整，（3）一个性能良好的打点计时器的振动片的固有频率和所使用交流电频率相等，这样使振动片共振，振幅较大，打点清晰，等时性好，而振动片的固有频率与振动片的长度及材料的弹性系数有关，可以通过调节振动片的长度来调整它的固有频率，改变振动片的长度，观察振动片的振幅，把振动片长度固定在振幅最大位置。3、A、B4、A、C、D，每打完一列点就要切断电源，是为了防止线圈过热而损坏，圆形复写纸是套在定位轴上的，定位轴可以移动，每打完一列点后移动一下定位轴，以充分利用复写纸的各个部位，可保证打点清晰，限位孔也可以侧向移动，但在移动时要保证两限位孔纵向对齐，移动后要把螺钉拧紧。5、A6、B7、 B此题的解答有两点需要注意：一是在5 个连续点间只有4 个间隔，因此在这5 个点间运动的总时间为0.02×4s=0.08s；二是要注意长度的单位是cm，在计算平均速度时应把cm换成m。8、B、D在大多数测量中不需要全部的点子，因此在很多情况下把最先打出的一些不很清晰、分布不够合理的点子舍去，而利用那些清晰的、分布合理的点子，在此题的实验中也应如此处理，因此A选项错误，B选项正确，在测量距离时，按C选项所叙的方法测量误差较大，原因是每次测量都会带来绝对误差，在相加时会造面误差积累，正确的方法是用较长的尺一次测出所需的总长，D答案的叙述是正确的，因为计算各段的平均速度时需要的是各段的长度，必须分段测量。
10、低压交流，4~6,0.02秒，0.1
11、计时、0.02、大于。
12、交；计时；4～6；0.02；0.017（这里取了两位有效数字）打点计时器打点的时间间隔由所用交流电源的频率决定，打点计时器1s内打点的次数n和所用电源的频率f相等，因此打点时间间隔T=（s）。
13、0.04， 2.8×10-2 ， 0.70， 1.10 ， 0.76。
注：平均速度的值，与在哪段时间或在哪段位移上计算有关，要注意单位换算，有时单位标在纸带图上。
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