教科版（2019）高中物理 必修第一册 1.4 实验：用打点计时器测量小车的速度课件

第4节　实验：用打点计时器测量小车的速度
学习目标要求
核心素养和关键能力
1.了解计时器的结构，并学会安装。
2.知道数字计时器的工作原理。
3.能通过纸带上的点的位置关系分析物体的运动。
1.科学探究
对数据采集和处理，基于证据得出结论并做出解释。
2.关键能力
对数据、结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力。
三、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。
四、实验步骤
1.把打点计时器固定在桌子上。
2.安装纸带。
3.把打点计时器的两个接线柱接到交变电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接4～6 V低压交变电源，电火花打点计时器接220 V交变电源)。
4.启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。随后立即关闭电源。
5.取纸带上能够看清的某一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用1，2，3…标出这些计数点，则两相邻计数点之间的时间间隔Δt＝0.1 s。
6.用刻度尺测量出各计数点到起始点的距离。
7.计算两相邻计数点间的位移Δx。
五、数据处理
位置
0
1
2
3
4
5
6
…
x/m
?
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?
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Δx/m
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Δt/s
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v/(m·s－1)
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(2)利用v－t图像分析物体的运动
用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系。根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到v－t图像。
六、误差分析
1.打点计时器打点周期不稳定。
2.根据纸带测出的位移存在偶然误差。
[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。
■情境导入
探究
科学探究之实验操作
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Δx
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.接通电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点
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；若打出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：B、A、E、D、C、F。
答案　交流　限位孔　复写纸　(n－1)×0.02 s　BAEDCF
[针对训练1] (1)打点计时器是记录做直线运动物体的________和________的仪器。电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是________，电火花打点计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50 Hz时，它每隔________秒打一次点。
(2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是________。
A.把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔
B.把打点计时器与4～6 V低压交变电源相连
C.用手水平地拉动纸带，然后启动电源
解析　(1)打点计时器是记录运动物体时间和位移的仪器，均使用交变电源，电火花打点计时器的工作电压是220 V，当交变电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。
(2)电火花打点计时器使用220 V交变电源，故B错误；实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误。
答案　(1)时间　位移　220 V　0.02　(2)BC
[例2] 在测定速度的实验中，使用打点计时器测小车的速度，实验得到的一条纸带如图所示，0、1、2、3、4是选用的计数点，每相邻两计数点间还有3个打出的点没有在图上标出。图中还画出了实验时将毫米刻度尺靠在纸带上进行测量的情况，读出图中所给的测量点的读数分别是________、________、________和________。1、3两点间的平均速度是________ m/s，1、4两点间的平均速度是________ m/s，2点的速度更接近于________ m/s。
探究
科学探究之实验设计
解析　由毫米刻度尺可读出0、1、3、4点的读数分别是
10.00 cm、12.60 cm、22.60 cm、30.00 cm。
由题意知各计数点间的时间间隔Δt＝4×0.02 s＝0.08 s，
由读数可得1、3两点和1、4两点间的位移大小分别是
Δx1＝22.60 cm－12.60 cm＝10.00 cm，
Δx2＝30.00 cm－12.60 cm＝17.40 cm，
则1、3和1、4两点间的平均速度分别是
1、3两点更接近于2点，故2点的瞬时速度更接近于1、3两点间的平均速度0.625 m/s。
答案　10.00 cm　12.60 cm　22.60 cm　30.00 cm 0.625　0.725　0.625
[例3] 如图(a)所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上。一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，如图(b)所示，纸带上的a、b、c、…均为打点计时器打出的点。
探究
科学探究之实验创新
解析　(1)选纸带①读出b、c两点间的距离为x①＝(6.00－3.90) cm＝2.10 cm；选纸带②读出b、c两点间的距离为x②＝(6.50－4.10) cm＝2.40 cm。
(2)选纸带①读出c、e两点间的距离为4.50 cm，
答案　(1)2.10 cm(或2.40 cm)
(2)1.13 m/s(或1.25 m/s)　小于