粤教版 > 必修1 > 第一章 运动的描述 打点计时器的应用：25张PPT

(共25张PPT)
打点计时器的功能作用
打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一次点（电源频率是50Hz），因此纸带上的点表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点子之间的距离，就可以了解在不同的时间里，物体发生的位移和速度的大小及其变化，进而了解物体的运动情况。
打点计时器在中学物理中能做哪些实验？做这些实验的原理是什么？实验时应注意哪些问题？
1、“判断物体是否做匀速直线运动”、
“研究匀变速直线运动”、
①由纸带判断物体做匀速直线运动、匀变速直线运动的方法
0、1、2…为时间间隔相等的各计数点，s1、s2、s3、…为相邻两计数点间的距离,若任意相等时间间隔的位移相等，则与纸带相连的物体的运动为匀速直线运动；若△s=s2-s1=s3-s2=…=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。
②由纸带求物体运动加速度的方法：
（1）用“逐差法”求加速度：即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出
再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。
（2）用v-t图法：
图线的斜率即为物体运动的加速度。
实验原理:
2、
验证牛顿第二定律。
1．如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m<2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码,
改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a,
由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线,
验证加速度是否与质量成反比。
注意事项:
1．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总质量。
2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。
3、探究动能定理
实验原理
如图所示装置，保持小桶和砂的质量及小车质量M不变，用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况。通过测量和计算可以得到小车从0点到A、B、C、D、E点的距离及在B、C、D、E点的瞬时速度。通过合外力F对小车做的功W与小车的动能改变的关系便可验证动能定理。
注意事项:
1．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总质量。
2．平衡摩擦力
实验原理:
4、
验证机械能守恒定律。
实验装置如图所示。当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：
借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。
注意事项:
1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
2．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。
3．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重锤的质量。
变式探究
运用打点计时器你还可以设计出哪些实验？请至少设计出一个实验方案并写出实验原理和实验的步骤和数据处理的方法。
可用打点计时器进行的实验：（参考）
1．判断物体是否做匀速直线运动
2．研究匀变速直线运动
3．验证牛顿运动定律
4．探究动能定理
5．验证机械能守恒定律
6．验证动量守恒
7．测定物体所受的阻力或接触面的动摩擦因数
8．测定弹簧的弹性势能
9．测定电动机的额定功率
10．测定转盘的转动角速度等
某同学用图甲所示的实验装置研究小车在斜面
上的运动，实验中使用的打点计时器的打点周期为T。他的实验步骤如下：
①按图甲安装好实验器材；
②接通电源生，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。
③选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图乙中0、1、2……6点所示；
④测量相邻两个计数点之间的距离，分别记作s1、s2、s3……s6；
⑤通过测量和计算，判断出小车沿平板斜面做匀变速直线运动。
（1）利用该同学测量的数据可以得到小车的加速度a=
。
（2）若该同学在实验中用量角器还测出了平板斜面的倾角a，且已知当地的重力加速度值g，则在以下物理量中，还能计算出
（填字母序号）。
A．小车的质量
B．小车与平板斜面之间的动摩擦因数
C．小车到达斜面底端时的速度
D．小车滑下过程中损失的机械能
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某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．
若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）你认为还需
要的实验器材有
．
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是
，实验时首先要做的步骤是
．
（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1<
v2）．则本实验最终要验证的数学表达式为
（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．
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某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．
（1）若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距标在图上，A为运动起始的第一点，则应选____段起计算A的碰前速度；应选____段来计算A和B碰后的共同速度（填AB、BC、CD、DE）．
（2）已测得小车A的质量m1=0.40kg，小车B的质量m2=0.20kg，由以上测量结果可得：
碰前总动量=______kg·m/s
碰后总动量=______kg·m/s
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一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，用下面的方法可以测量它匀速转动的角速度。
实验步骤：
A．用游标卡尺测量圆盘的直径。
B．如图13所示，将电磁打点计
时器固定在桌面上，将纸带的一
端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上
C．启动控制装置使得圆盘转动，同时接通电源（频率50Hz），打点计时器开始打点。
D．经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带进行测量。
（1）某次用游标卡尺测圆盘的直径时，示数见图，由图读出直径的值为__________m。
（2）某次实验得到的纸带的一段如图14所示。由图可知a点到k点的时间间隔是________s。由此可计算出纸带运动的速度大小为________m/s。若测得圆盘直径的平均值为8.00×10-2m，则可求出圆盘的角速度为_________rad／s。
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某研究小组为测量一个遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；
②将电动小车、纸带和打点计时器按如图所示安装；
③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；
④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源,待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中小车与纸带所受的阻力恒定）．在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图所示（已知纸带左端与小车相连）．
请分析纸带数据，回答下列问题：
（计算结果均保留三位有效数字）
?（1）电动小车运动的最大速度为
m/s
（2）电动小车关闭电源后加速度大小为
m/s2
（3）电动小车的额定功率为
W．
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