高中物理粤教版必修一学案 第一章+第三节+记录物体的运动信息+Word版含答案

第三节记录物体的运动信息
一、打 点计时器
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。
1．电磁打点计时器
(1)构造：如图1-3-1所示。
图1-3-1　电磁打点计时器
主要构造包括：线圈、永久磁铁、振片、振针、限位孔、复写纸等。
(2)工作原理
电磁打点计时器在加上6 V的工作电压后，通过线圈和永久磁铁的作用带动振针上下运动，在纸带上打出一系列的点，且振针上下振动的时间间隔不变[发生周期性振动，当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点，即纸带上每打出两个相邻点所经历的时间(周期)是0.02 s]。
2．电火花打点计时器
(1)构造：如图1-3-2所示。
图1-3-2　电火花打点计时器
(2)工作原理
给电火花打点计时器接220 V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，经接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期。
3．打点计时器的使用及注意事项
(1)使用步骤
①将打点计时器固定，按使用说明将复写纸纸带装好并正确连接电路。
②接通电源，让打点计时器开始打点，放手让小车带动纸带运动，在纸带上打出一系列的点。
③取下纸带，将纸带上记录的信息记录下来，并按要求进行测量计算。
④数据处理：根据打出的点求出时间和小车在对应时间内的位移，利用公式求出速度。
(2)注意事项
①电磁打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整振针距复写纸片的高度，使之增大一点；如出现漏点，应减小振针距复写纸片的高度；如出现双点，是振针出现了松动；如出现等时性不良，一般要换计时器才能完成实验。
②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。
③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。
④使用电火花打点计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。
二、数字计时器
1．计时装置的组成
由数字计时器和光电门组成计时装置。
图1-3-3
2．光电门
发光装置(红外发光二极管)和光线接收装置(光敏元件)构成。光敏元件接收由发光装置发出的光线，通常处于亮(被光照)状态。
3．计时器
有两个输入插口与光电门相连。
4．工作原理
当宽度一定的物体通过光电门时，光线被挡，光敏元件处于暗状态，向数字计时器发出脉冲信号，触发数字计时器计时，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，即任一光电门第一次遮光时开始计时，第二次遮光时停止计时，计时器显示的是两次遮光之间的时间间隔(物体先后通过两个光电门之间的时间间隔)。
5．使用数字计时器应注意的问题
(1)实验前应先调整发光器件和光敏元件的相对位置，因为如果二者没有对准，则不能计时。
(2)根据实验要求正确选择数字计时器的计时功能。
[例1]　用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号写在空白处。
A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上。
B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过________，并压在________下面。
C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δs。
D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝________。
E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点。
F．利用公式＝计算纸带运动的平均速度。
实验步骤的合理顺序是__________。
[解析]　打点计时器使用交流电；把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；若打n个点，则有(n－1)个时间间隔，故这段纸带记录的时间Δt＝(n－1)×0.02 s；实验步骤的排列一般要按先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：BAEDCF。
[答案]　交流　限位孔　复写纸　(n－1)×0.02 s　BAEDCF
[例2]　如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，打点计时器的振针便通过复写纸在纸带上留下一行小点。接通打点计时器的电源和物体开始运动这两个操作的先后关系是(　　)
A．物体运动和接通电源应同时进行
B．先让物体运动，后接通电源
C．先接通电源，后让物体运动
D．先接通电源还是后接通电源都没有关系，对实验来说效果是一样的
[解析]　先接通电源待打点稳定后，再让物体运动。
[答案]　C
[例3]　运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列小点，打点计时器打下的点直接记录了(　　)
A．物体运动的时间
B．物体在不同时刻的速度
C．物体在相邻相同时间内的速度变化
D．物体在不同时间内的位移
[解析]　因为打点计时器打点的时间间隔都是0.02 s，所以只要数出纸带上的所打点数，用t＝0.02 s×(n－1)可以计算出物体运动时间，选项A正确。纸带上点迹对应的速度及相邻相同时间内的速度变化不能直接记录，B、C错误。而物体在不同时间内的位移，需要用刻度尺测量，选项D错误。
[答案]　A
1．电磁打点计时器振针打点的周期决定于(　　)
A．交流电压的高低
B．交变电流的频率
C．永久磁铁的磁性强弱
D．振针与复写纸的距离
解析：选B　振动片被线圈内的交变电流周期性地磁化，从而受永久磁铁的周期性吸引、排斥作用而振动，磁化周期等于交变电流的周期，故只有B正确。
2．采取下列哪些措施，有利于减少纸带因受到摩擦而产生的误差(　　)
A．改用6 V直流电源
B．电源电压越低越好
C．快速拉动纸带
D．纸带理顺摊平，不让它卷曲、歪斜
解析：选D　改用6 V的直流电源，打点计时器不工作，A错；电压的高低对纸带受到的摩擦力大小无影响，B错；打点时振针对纸带的冲击和摩擦不论快拉还是慢拉都不会减少，所以C错。为减少纸带受到的摩擦，应使纸带平整，D对。
3．用电磁打点计时器打出的下列纸带中，哪一条表示物体做匀速运动(　　)
解析：选B　若纸带做匀速运动，则纸带上打的点应是间隔均匀的，故选B。
4.一同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图1-3-4所示，请你判断一下这可能是因为(　　)
图1-3-4
A．打点计时器错接在直流电源上
B．电源的电压不稳
C．电源的频率不稳
D．振针压得过紧
解析：选D　正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点。当振针与复写纸的距离过大时，振针可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点。当振针与复写纸的距离过小时，振针就会有较长的时间与复写纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段。
5．一打点计时器所用电源的频率是50 Hz，打出的一条清晰纸带如图1-3-5所示。纸带上A、B、C三个测量点是按照打点的先后顺序选取的，各点之间的距离如图所示。
则A、B间用时________ s，位移为________ m，AB段纸带运动的平均速度是________ m/s，BC段纸带运动的平均速度是________ m/s。
图1-3-5
解析：由电源的频率是50 Hz，知打点计时器打点的时间间隔是0.02 s，则A、B间用时0.04 s，位移为(1.20＋1.60)×10－2 m＝2.80×10－2 m。
AB＝ m/s＝0.70 m/s
BC＝ m/s＝1.10 m/s。
答案：0.04　2.80×10－2　0.70　1.10
6．小车拖着纸带运动，用打点计时器在纸带上打出一些点。如图1-3-6所示给出了从A点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G都为计数点。测得：s1＝1.40 cm，s2＝1.90 cm，s3＝2.38 cm，s4＝2.88 cm，s5＝3.39 cm，s6＝3.87 cm，那么：
图1-3-6
(1)从计数点A到计数点G，小车运动的时间是多少？
(2)小车做怎样的运动？
解析：(1)从计数点A到计数点G，小车运动的时间是t＝0.02×5×6 s＝0.6 s。
(2)由位移的值的变化可见，小车的速度越来越快。
答案：(1)0.6 s　(2)速度越来越快