人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案

这是一份人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案，共7页。学案主要包含了学习目标，引导自学、交流展示，精讲点拨、互动探究，当堂反馈、效果评价，课后作业等内容，欢迎下载使用。

1．了解两种打点计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.
2．掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.
3．会用图象表示速度随时间变化的规律．
【引导自学、交流展示】
一、打点计时器的结构应用原理
1．作用及分类
打点计时器是一种使用 (填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每 s打一次点，打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的 及在一段时间内的 ，供高中学生实验用的计时器有 打点计时器和 计时器两种．
2．电磁打点计时器
(1)工作电压： V以下的 (填“交流”或“直流”)电源；
(2)原理：接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，
便振动起来，带动其上的 上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点．
3．电火花计时器
(1)工作电压： V交流电源；
(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、
到 ，产生 ，于是在运动的纸带上打出一行点迹．
4．两种计时器误差比较
计时器使用中对纸带的运动阻力极小，因而系统误差较小．
二、练习使用打点计时器
1．实验步骤
(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带．
(2)把打点计时器的两个接线柱接到 电源上．
(3)先 ，再 ，纸带上就打下一行小点，随后立即 ．
(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为 个，则纸带的运动时间Δt＝ s.
(5)用刻度尺测量出从 的点到最后的点间的距离Δx.
(6)利用公式 计算出纸带在这段时间内的平均速度．
2．注意事项
(1) 打点前，应使物体停在 (填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置.
(2) 打点时，应先 ，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．
(3)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
(4)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个计数点到起始点O之间的距离)．读数时应估读到 的下一位．
三、瞬时速度的计算和速度图象的画法
1．原理
纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝eq \f(Δx,Δt)，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．如图所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝eq \f(Δx,Δt).
2．数据处理
(1)测量：把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A、B、C、D……，如图所示，依次测出各点到O点的距离，再算出OA、AB、BC……的距离x1、x2、x3…….
(2)计算：若打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D……各点的瞬时速度分别为：
vA＝eq \f(x1＋x2,2T)、vB＝eq \f(x2＋x3,2T)、vC＝eq \f(x3＋x4,2T)、vD＝eq \f(x4＋x5,2T)…….
(3)列表比较：把数据填入下表，根据数据判断纸带运动速度的变化情况.
(4)根据以上列表的数据做出速度－时间图象(v－t图象)来观察速度随时间的关系
3.注意
(1)为了减小实验误差，A、B、C、D……不一定是连续计时点，比如可以每隔四个点选一个点(称为计数点)，此时两个计数点间的时间间隔T＝ s.
(2)计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，即v＝eq \f(xn＋xn＋1,2T).
四、速度－时间图象(v－t图象)
1．构成：用横轴表示 ，纵轴表示 ，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，
即得到物体运动的v－t图象．
2．v－t图象的意义
v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它 (填“是”或“不是”)物体运动的轨迹．
例如图所示是某质点做直线运动的v－t图象．
由v－t图象可知在0～4 s内速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在4～8 s内速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在8～10 s内速度随时间不断减小，表示质点做减速运动．质点在t＝0时刻的速度为0.在5 s末的速度大小为15 m/s.
【精讲点拨、互动探究】
【例1】（单选）关于打点计时器的时间间隔，下列是四位同学各自发表的看法，其中正确的是( )
A．电源电压越高，每打两个点的时间间隔就越短
B．纸带速度越大，每打两个点的时间间隔越长
C．打点计时器连续打两个点的时间间隔由电源的频率决定
D．如果将交流电源改为直流电源，打点计时器连续打两个点的时间间隔保持不变
【例2】(多选)使用打点计时器测量瞬时速度时应注意( )
A．电火花计时器使用的电源是220 V的交流电源，电磁打点计时器使用的是直流6 V以下
B．用平整的纸带，不用皱折的纸带
C．使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与两限位孔平行
D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源
【例3】打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，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.(结果保留两位小数)
【例4】某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s．(本题计算结果均保留3位有效数字)
(1) 在实验中，使用打点计时器时应先________再________(填“释放纸带”或“接通电源”)．
(2) 每两个计数点间还有________个点没有标出．
(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.1 s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表．
(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．
【当堂反馈、效果评价】
1．（单选）根据打点计时器打出的纸带，我们不用测量或计算就能直接得到的物理量是( )
A．时间间隔 B．位移 C．路程 D．速度
2．（多选）某同学将纸带穿过限位孔，接通打点计时器的电源，拉动纸带，但在纸带上打不上点，其可能的原因是（ ）
A．复写纸放反 B．振针过短 C．使用了直流电压 D．纸带运动过快
3．（单选）你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”．如果在纸带上点下了10个点，则在打下的这些点的过程中，纸带的运动时间是( )
A．1 s B．9 s C．10 s D．11 s
4．在“用打点计时器测速度”的实验中
(1)下列操作中正确的是________(填选项序号)
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．打点计时器应放在长木板有滑轮的一端
C．先接通电源，后释放小车
D．电火花计时器应使用低压交流电源
(2)如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，四条纸带的a、b间的间距相等，则a、b间的平均速度最小的是________．
5．电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，振针每隔0.02 s在纸带上打一
个点．现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于50 Hz时，则测出的速度数值与物体的实际速
度相比，是偏大还是偏小?为什么?
6．在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5共六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为1 mm的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离并填入表格中．
计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为v2＝______ m/s.
【课后作业】
1．（多选）通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点子不均匀，下列判断正确的是( )
A．点子密集的地方物体运动的速度比较大 B．点子密集的地方物体运动的速度比较小
C．点子不均匀说明物体做变速运动 D．点子不均匀说明打点计时器有故障
2．（多选）对电火花计时器和电磁打点计时器的有关说法中，正确的是( )
A．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源
B．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样
C．电火花打点计时器在纸带上打点也是靠振针和复写纸
D．电磁打点计时器打点的是电火花和墨粉
3．（多选）对于同一电磁打点计时器，下列说法中正确的是( )
A．当交流电的频率增大时，打点时间间隔变小 B．当交流电的频率增大时，打点时间间隔变大
C．当纸带运动速度增大时，打点距离间隔增小 D．当纸带运动速度增大时，打点距离间隔增大
4．（多选）打点计时器是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，下列有关使用打点计时器的说法中正确的是( )
A．不要在未放纸带时就通电打点，每次打点完毕，应及时切断电源，切忌长时间通电使用
B．每打完一条纸带要将复写纸调整一下，确保下一次打点清晰
C．若发现振片振幅不稳定，应调节振片螺母，以使振动稳定
D．若打出的点带尾巴或双点，则是由于打点针太短所造成的，应适当调节打点针的长度
5．（多选）一小球在水平桌面上做直线运动,用照相机对着小球每隔0.1 s拍照一次,得到一幅频闪照片,用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示,已知照片与实物的比例为1∶10,则( )
A.图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是 2 m/s
B.图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是 1.6 m/s
C.图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2.5 m/s
D.图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2 m/s
6．（多选）在实验中,利用纸带上的数据和第一章的方法得出各计数点的瞬时速度后,以速度v为纵轴,以时间t为横轴建立直角坐标系。某次实验中某同学描出的点如图所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。下列思考有道理的是( )
A.这10个点不在一条直线上,因此小车运动的v-t图像应为一条平滑的曲线
B.这10个点中有6个点虽然不在一条直线上,但它们紧挨在一条直线附近,只有F和B两点离这条直线太远
C.这些点当中只有4个点能画在一条直线上(A、D、G、I),有6个点不在该直线上,这条直线肯定不能表示小车运动的规律
D.与直线偏差较小的点(C、E、H、J)可能是实验误差造成的,而与直线偏离较大的点(B、F)则可能是实验中出现错误造成的
7．如图所示，为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02 s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两点选定的计数点．根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时刻纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？
8．如图所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6，现在量得0、1间的距离x1＝5.18 cm,1、2间的距离x2＝4.40 cm,2、3间的距离x3＝3.62 cm,3、4间的距离x4＝2.78 cm,4、5间的距离x5＝2.00 cm,5、6间的距离x6＝1.22 cm.(f＝50 Hz)
(1)根据上面数据，计算打点计时器打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中．(计算结果在小数点后保留1位有效数字)
(2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度－时间图象，并说明小车速度变化特点．
位置
A
B
C
D
E
F
G
v/(m·s－1)
vB
vC
vD
vE
vF
数值(m/s)
0.640
0.721
距离
x1
x2
x3
测量值/cm
计数点
1
2
3
4
5
v/(m·s－1)