第一章运动的描述 第四节用打点计时器测速度 学习目标】 1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成,知道打点计时器的计时原理,并学会 安装并使用打点计时器 2.学会根据纸带上的点分析速度的变化情况,并学会测定平均速度和测量瞬时速度 3.明确速度一时间图象的意义,描点法画图象的方法,并画出实验中的速度一时间图象 【重点、难点】 重点:提取纸带信息并测算平均速度和瞬时速度 难点:描点法画图象的方法。 预习案 【自主学习】 1.电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内发生的位移的计时仪器,它使用交流电 源,由学生电源供电,工作电压在6V以下,当电源的频率是50Hz时,它每隔0.02s打一个点, 通电前把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面,接通电源后,在线圈和永 久磁铁的作用下,振片便振动起来,带动其上的振钍上下振动.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.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,纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移 2.电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似,这种计时器工作时,纸带运动受到的阻力比 较小,实验误差也就比较小 3.用打点计时器测量瞬时速度时是利用了平均速度的公式W △t当△t或△x较小时, 用这个平均速度代表纸带经过某点的瞬时速度 4.速度一时间图象(v-t图象):用来描述速度随时间变化关系的图象. 【学始于疑】 探究案 【合作探究一】 、练习使用打点计时器 1.实验步骤: (1)把电磁打点计时器固定在桌子上,纸带穿过限位孔,把复写纸套在定位轴上,并且压在纸 带上面 (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6V的低压交流电源上 3)接通电源开关,用手水平拉动纸带,使它在水平方向上运动,纸带上就打下一系列点 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
1 内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 第一章 运动的描述 第四节 用打点计时器测速度 学习目标】 1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会 安装并使用打点计时器。 2.学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。 3.明确速度—时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出实验中的速度—时间图象。 【重点、难点】 重点：提取纸带信息并测算平均速度和瞬时速度； 难点：描点法画图象的方法。 预习案 【自主学习】 1．电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内发生的位移的计时仪器，它使用交流电 源，由学生电源供电，工作电压在 6_V 以下，当电源的频率是 50 Hz 时，它每隔 0.02_s 打一个点， 通电前把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面，接通电源后，在线圈和永 久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动．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．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，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移． 2．电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似，这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力比 较小，实验误差也就比较小． 3．用打点计时器测量瞬时速度时是利用了平均速度的公式 v＝ Δx Δt ，当 Δt 或 Δx 较小时， 用这个平均速度代表纸带经过某点的瞬时速度． 4．速度—时间图象(v－t 图象)：用来描述速度随时间变化关系的图象. 【学始于疑】 探究案 【合作探究一】 一、练习使用打点计时器 1．实验步骤： (1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸 带上面． (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到 6 V 的低压交流电源上． (3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点． (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m-1个,则纸带的运动时间△t=(n-1)×0.02s. (5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离△x 6)利用公式v=计算出纸带在这段时间内的平均速度 2.误差分析 (1)使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带 (2)手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集 (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 量出各个测量点到起始测量点O之间的距离).读数时应估读到亳米的下一位 数据处理: 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、BCD…作为“计数点” 如图1所示,依次测出O到A、A到B、B到C…之间的距离n、、、 orA bRac x4 d Is e xs F r, g rg 图 打点计时器打点的周期为,则A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为: 十 把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做匀速运动 问题: 在使用打点计时器时,纸带上出现下列情况各是什么原因造成的?应如何调节? (1)打点不清晰(不打点) (2)打出的是短线,而不是点 【合作探究二】用图象表示速度 1.-t图象: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,即得到如图2所示的vt图象 2.t图象的意义:-t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况,它并不是物体运 动的轨迹 3.匀速直线运动的v-t图象 (1)匀速直线运动的-t图象是与时间轴平行的直线,如图3所示,直线a、b分别表示vn 4m/s,v=8m/
2 的间隔数为 n－1 个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02 s. (5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx. (6)利用公式 v＝ Δx Δt 计算出纸带在这段时间内的平均速度． 2．误差分析： (1)使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带． (2)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集． (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 量出各个测量点到起始测量点 O 之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位． 3．数据处理： 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、…作为“计数点”， 如图 1 所示，依次测出 O 到 A、A 到 B、B 到 C、…之间的距离 x1、x2、x3、…. 图 1 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＝ x1＋x2 2T 、vB＝ x2＋x3 2T 、 vC＝ x3＋x4 2T 、vD＝ x4＋x5 2T 、…. 把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动. 位置 A B C D E F (xn＋xn＋1)/m v/(m/s) 问题： 在使用打点计时器时，纸带上出现下列情况各是什么原因造成的？应如何调节？ (1)打点不清晰(不打点)． (2)打出的是短线，而不是点． 【合作探究二】用图象表示速度 1．v－t 图象：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，即得到如图 2 所示的 v－t 图象． 图 2 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，它并不是物体运 动的轨迹． 3．匀速直线运动的 v－t 图象 (1)匀速直线运动的 v－t 图象是与时间轴平行的直线，如图 3 所示，直线 a、b 分别表示 va ＝4 m/s，vb＝8 m/s
=4m/s ts 图 2)从匀速直线运动的vt图象中不仅可以看出速度的大小,并且可以求出位移,根据位移 公式x=vt,在v-t图象中就对应着边长分别为v和t的一个矩形面积,如图4中画斜线的部分 问题 你能根据vt图象判断物体的运动情况吗? 图5是一个物体运动的vt图象,从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的 it it 图5 (1)物体从静止开始运动还是具有一定的初速度? (2)速度的大小是否变化?怎样变化? (3)运动方向是否变化 归纳总结 【课堂小结】 【思考】许多变化过程可以用图象来表示,如气温的变化、股票的涨跌等,用这种形式表示变化 过程有什么优点? 【当堂检测】 1.接通电源与让纸带(随物体)开始运动,这两个操作的先后关系应当是() A.先接通电源,后释放纸带
3 图 3 (2)从匀速直线运动的 v－t 图象中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移，根据位移 公式 x＝vt，在 v－t 图象中就对应着边长分别为 v 和 t 的一个矩形面积，如图 4 中画斜线的部分． 图 4 问题 你能根据 v－t 图象判断物体的运动情况吗？ 图 5 是一个物体运动的 v－t 图象，从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的． 图 5 (1)物体从静止开始运动还是具有一定的初速度？ (2)速度的大小是否变化？怎样变化？ (3)运动方向是否变化？ 归纳总结 【课堂小结】 【思考】许多变化过程可以用图象来表示，如气温的变化、股票的涨跌等，用这种形式表示变化 过程有什么优点？ 【当堂检测】 1．接通电源与让纸带(随物体)开始运动，这两个操作的先后关系应当是( ) A．先接通电源，后释放纸带
B.先释放纸带,后接通电源 C.释放纸带的同时接通电源 D.先接通电源或先释放纸带都可以 2.打点计时器打出的纸带() A.能准确地求出某点的瞬时速度 只能粗略地求出某点的瞬时速度 C.能准确地求出某段时间内的平均速度 D.可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度 3.图9为一条纸带打上点后的情况,已知A、B、C、D四个点中,A点最先打出,D点最后打 出,由图可知,A→.B阶段纸带做运动,B→C阶段很接近运动,C→,D阶段则做 运动,A→B、B→C和C→D三个阶段中的平均速度大小依次为 y/s和 已知交流电源的频率为50Hz 图9 4.图10是某质点做直线运动的v-t图象,试回答 u/(m-s"1) 10 O(A) 图10 (1)AB、BC、CD段质点分别做什么运动? (2)质点在2s末的速度多大? 【课后巩固】 1.通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点迹分布不均匀,下列判断正确的是() A.点迹密集的地方物体运动的速度比较大 B.点迹密集的地方物体运动的速度比较小 C.点迹不均匀说明物体做变速运动 D.点迹不均匀说明打点计时器有故障 2.关于打点计时器,下列说法正确的是() A.打点计时器可以使用直流电源 B.打点计时器的打点周期只与电源的频率有关 C.使用打点计时器时,纸带应穿过限位孔,压在复写纸的下面 D.打点计时器只能连续工作很短时间,打点结束后要立即关闭电源 3.在利用打点计时器测速度的实验中,若打点周期为0.02s,则下列说法正确的是() A.先接通电源,后拉动纸带 B.先拉动纸带,后接通电源 C.电火花计时器使用6V以下的交流电源 D.连续n个计时点间的时间为(n-1)×0.02s 4.(1)使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中,有如下基本步骤
4 B．先释放纸带，后接通电源 C．释放纸带的同时接通电源 D．先接通电源或先释放纸带都可以 2．打点计时器打出的纸带( ) A．能准确地求出某点的瞬时速度 B．只能粗略地求出某点的瞬时速度 C．能准确地求出某段时间内的平均速度 D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度 3.图 9 为一条纸带打上点后的情况，已知 A、B、C、D 四个点中，A 点最先打出，D 点最后打 出，由图可知，A→.B 阶段纸带做______运动，B→C 阶段很接近______运动，C→ D 阶段则做______ 运动，A→B、B→C 和 C→D 三个阶段中的平均速度大小依次为______ m/s、______ m/s 和______ m/s. 已知交流电源的频率为 50 Hz. 图 9 4．图 10 是某质点做直线运动的 v－t 图象，试回答： 图 10 (1)AB、BC、CD 段质点分别做什么运动？ (2)质点在 2 s 末的速度多大？ 【课后巩固】 1.通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点迹分布不均匀,下列判断正确的是( ) A.点迹密集的地方物体运动的速度比较大 B.点迹密集的地方物体运动的速度比较小 C.点迹不均匀说明物体做变速运动 D.点迹不均匀说明打点计时器有故障 2.关于打点计时器,下列说法正确的是( ) A.打点计时器可以使用直流电源 B.打点计时器的打点周期只与电源的频率有关 C.使用打点计时器时,纸带应穿过限位孔,压在复写纸的下面 D.打点计时器只能连续工作很短时间,打点结束后要立即关闭电源 3.在利用打点计时器测速度的实验中,若打点周期为 0.02 s,则下列说法正确的是( ) A.先接通电源,后拉动纸带 B.先拉动纸带,后接通电源 C.电火花计时器使用 6 V 以下的交流电源 D.连续 n 个计时点间的时间为(n-1)×0.02 s 4.(1)使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中,有如下基本步骤:
A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通220V交流电源 E.按下脉冲输出开关,进行打点 这些步骤正确的排列顺序为 (2)如图所示,用毫米刻度尺测量得:AB=4.56cm、AC=12.16cm、 AD=22.52cm、AE=36.06cm,则打C点时小车的速度大小为 E D C B 小车在AE段的平均速度为 m/s。(结果保留三位有效数字) 5.如图所示是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 ·4· 3 (1)已知打点计时器电源的频率为50Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为 (2)A、B、C、D是纸带上的四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。 从图中读出A、B两点间距x=cm;C点对应的速度是 m/s(计算结果 保留三位有效数字) 6.如图甲所示是一条利用打点计时器打出的纸带,0、1、2、3、4、5、6是七个计数点,每相邻两 个计数点之间还有四个点未画出,各计数点到0的距离如图所示,求计数点1、2、3、4、5的瞬时 速度,并在图乙中画出速度一时间图像。(结果保留小数点后两位数字) 30.1 22.8 16.1 9.0 3.9 单位:cn 甲 76543210 234567t/×10-ls
5 A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通 220 V 交流电源 E.按下脉冲输出开关,进行打点 这些步骤正确的排列顺序为 。 (2)如图所示,用毫米刻度尺测量得:AB=4.56 cm、AC=12.16 cm、 AD=22.52 cm、AE=36.06 cm,则打 C 点时小车的速度 大小为 m/s; 小车在 AE 段的平均速度为 m/s。(结果保留三位有效数字) 5.如图所示是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 (1)已知打点计时器电源的频率为 50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为 。 (2)A、B、C、D 是纸带上的四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。 从图中读出 A、B 两点间距 x= cm;C 点对应的速度是 m/s(计算结果 保留三位有效数字)。 6.如图甲所示是一条利用打点计时器打出的纸带,0、1、2、3、4、5、6 是七个计数点,每相邻两 个计数点之间还有四个点未画出,各计数点到 0 的距离如图所示,求计数点 1、2、3、4、5 的瞬时 速度,并在图乙中画出速度—时间图像。(结果保留小数点后两位数字)
谷案 自主学习 1.6V0.02s振片位移. 2.小小 3.平均瞬时 4.速度时间 合作探究一问题 现象 原因 调节的方法 1.振针过高 1.把振针适当调低 打点不清晰 2.电压太低,振幅小 2.适当调高电压 3.复写纸用得太久 3.换新的复写纸 打的不是点,是短线 1.振针过低 1.把振针适当调高一些 2所加电压太高,振幅过大2适当调低电压 合作探究二问题 (1)有初速度.(2)变化:速度先变大然后保持不变,再变小,最后反向增大.(3)方向变化 当堂检测 1.A 2. 加速匀速减速1.855.2525 4.(1)AB段表示质点做加速运动:BC段表示质点做匀速运动;CD段表示质点做减速运动.(2) 质点在2s末的速度是7.5m/s 解析根据vt图象可知在AB段速度随时间不断增加,所以AB段表示质点做加速运动:在 BC段速度不随时间而变化,所以BC段表示质点做匀速运动:在O段速度随时间不断减少,所以 CD段表示质点做减速运动.质点在2s末的速度由vt图象可知是7.5m/s 课后巩固 1.【解析】选B、C。打点计时器每相邻两点的时间间隔完全相同,点迹密集的地方物体运动的速 度比较小,A错误,B正确;点迹不均匀说明物体做变速运动,与打点计时器无关,C正确,D错误 2.【解析】选B、C、D。无论是电磁打点计时器还是电火花计时器,都必须使用交流电源,A错误 打点周期只与电源的频率有关,T=B正确;纸带应穿过限位孔,压在复写纸的下面,以在纸带上打 出清晰的点,C正确;打点计时器长时间工作会烧坏线圈,所以打点结束后要立即关闭电源,D正确。 3.【解析】选A、D。使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸 带,A正确,B错误;电火花计时器的工作电压是220V交流电源,C错误;每相邻的两个计时点间的 时间间隔为0.02s,连续n个计时点间有n-1个间隔,故时间为mn-1)×0.02s,D正确 4.【解析】(1)排列顺序时应注意 6
6 答案 自主学习： 1．6V 0.02s 振片 位移． 2．小 小 3．平均 瞬时 4．速度 时间 合作探究一问题 现象 原因 调节的方法 打点不清晰 1.振针过高 2.电压太低，振幅小 3.复写纸用得太久 1.把振针适当调低 2.适当调高电压 3.换新的复写纸 打的不是点，是短线 1.振针过低 2.所加电压太高，振幅过大 1.把振针适当调高一些 2.适当调低电压 合作探究二问题 (1)有初速度． (2)变化；速度先变大然后保持不变，再变小，最后反向增大．(3)方向变化． 当堂检测: 1． A 2．BC 3.加速 匀速 减速 1.8 5 5.25 25 4．(1)AB段表示质点做加速运动；BC段表示质点做匀速运动；CD段表示质点做减速运动． (2) 质点在 2 s 末的速度是 7.5 m/s. 解析 根据 v－t 图象可知在 AB 段速度随时间不断增加，所以 AB 段表示质点做加速运动；在 BC 段速度不随时间而变化，所以 BC 段表示质点做匀速运动；在 CD 段速度随时间不断减少，所以 CD 段表示质点做减速运动．质点在 2 s 末的速度由 v－t 图象可知是 7.5 m/s. 课后巩固： 1.【解析】选 B、C。打点计时器每相邻两点的时间间隔完全相同,点迹密集的地方物体运动的速 度比较小,A 错误,B 正确;点迹不均匀说明物体做变速运动,与打点计时器无关,C 正确,D 错误。 2.【解析】选 B、C、D。无论是电磁打点计时器还是电火花计时器,都必须使用交流电源,A 错误; 打点周期只与电源的频率有关,T= ,B 正确;纸带应穿过限位孔,压在复写纸的下面,以在纸带上打 出清晰的点,C 正确;打点计时器长时间工作会烧坏线圈,所以打点结束后要立即关闭电源,D 正确。 3.【解析】选 A、D。使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸 带,A 正确,B 错误;电火花计时器的工作电压是 220 V 交流电源,C 错误;每相邻的两个计时点间的 时间间隔为 0.02 s,连续 n 个计时点间有 n-1 个间隔,故时间为(n-1)×0.02 s,D 正确。 4.【解析】(1)排列顺序时应注意:
①应在安装电火花计时器后安装纸带; ②应先接通电源,后释放纸带 (2)做变速直线运动的物体在某一时刻的速度可以用以该时刻为中间时刻的一段位移的平均速度 表示,所以=BD08DAB0.898ms,AE段的平均速度v=4E03606m/5=0902m/s 2×0,1s 2×0.1s tAE4×0.1 答案:(1) ABDEC(2)0.8980.902 5.【解析】(1)由周期和频率的关系T=可知周期为0.02s。 (2)A、B间距为0.63~0.67cm之间,长度测量注意不要丢掉估读位,C点瞬时速度等于B、D间的 0.90+1.10 平均速度 m/s=0.100m/s 2×0.02×5 答案:(1)0.02s(2)0.63~0.670.100 6.【解析】由于相邻两计数点之间还有四个点未画出,所以图中相邻两个计数点之间的时间为0.1 3.9×10 m/s=0.20m/s 2T2×0.1 v2=4(90-1.0)X0-2 s=0.40m/s 2T 2×0,1 x24(161-39)×10-2 m/s=0.61m/s 2T 2×0.1 325(22.8-90)×10-2 m/s=0.69m/s 2T 2×0,1 ss6(30.1-16.1)×10-2 m/s=0.70m/s 2×0.1 利用描点法作图如图所示 4 1234567t×10-ls
7 ①应在安装电火花计时器后安装纸带; ②应先接通电源,后释放纸带。 (2)做变速直线运动的物体在某一时刻的速度可以用以该时刻为中间时刻的一段位移的平均速度 表示,所以 vC= = =0.898 m/s,AE 段的平均速度 vAE= = m/s=0.902 m/s。 答案:(1)ABDEC (2)0.898 0.902 5.【解析】(1)由周期和频率的关系 T= 可知周期为 0.02 s。 (2)A、B 间距为 0.63～0.67 cm 之间,长度测量注意不要丢掉估读位,C 点瞬时速度等于 B、D 间的 平均速度,vC= m/s=0.100 m/s。 答案: (1)0.02 s (2)0.63～0.67 0.100 6.【解析】由于相邻两计数点之间还有四个点未画出,所以图中相邻两个计数点之间的时间为 0.1 s。 v1= = m/s=0.20 m/s v2= = m/s=0.40 m/s v3= = m/s=0.61 m/s v4= = m/s=0.69 m/s v5= = m/s =0.70 m/s 利用描点法作图如图所示: