4實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 第一章運(yùn)動(dòng)的描述 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 并學(xué)會(huì)安裝和使用 2 掌握測(cè)瞬時(shí)速度的方法 會(huì)用打出的紙帶求瞬時(shí)速度 3 會(huì)用圖象表示速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 內(nèi)容索引 題型演練學(xué)以致用實(shí)訓(xùn)演練 達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān) 技能儲(chǔ)備明確原理提煉方法 技能儲(chǔ)備 一 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及其原理 6V 交流 220 交流 二 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上并穿好紙帶 2 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到電源上 電源頻率為50Hz 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接V以下低壓電 電火花計(jì)時(shí)器接V電 3 先接通電源開關(guān) 再用手水平拉動(dòng)紙帶 紙帶上就打下一行小點(diǎn) 隨后立即關(guān)閉電源 交流 6 交流 220 交流 4 取下紙帶 從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開始 往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn) 如果共有n個(gè)點(diǎn) 那么n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為個(gè) 則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t 0 02s 5 用刻度尺測(cè)量出從的點(diǎn)到最后的點(diǎn)間的距離 x 6 利用公式v 計(jì)算出紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度 n 1 n 1 開始計(jì)數(shù) 2 注意事項(xiàng) 1 打點(diǎn)前 應(yīng)使物體停在 填 靠近 或 遠(yuǎn)離 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置 2 打點(diǎn)時(shí) 應(yīng)先接通電源 待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后 再拉動(dòng)紙帶 3 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長(zhǎng)時(shí)間 打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源 4 對(duì)紙帶進(jìn)行測(cè)量時(shí) 不要分段測(cè)量各段的位移 正確的做法是一次測(cè)量完畢 可先統(tǒng)一測(cè)量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)O之間的距離 靠近 三 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度1 原理紙帶上某一位置的瞬時(shí)速度 可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移 x內(nèi)的平均速度表示 即根據(jù)v 當(dāng) t或 x較小時(shí) 用這個(gè) 代表紙帶經(jīng)過(guò)該位置的瞬時(shí)速度 如圖1所示 E點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用D F兩點(diǎn)間的平均速度代表 即vE 平均速 度 圖1 2 數(shù)據(jù)處理 1 測(cè)量 把紙帶上能看得清的某個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)O 以后的點(diǎn)分別標(biāo)上A B C D 如圖2所示 依次測(cè)出各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離 再算出OA AB BC 的距離x1 x2 x3 圖2 2 計(jì)算 若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T 則A B C D 各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為 vA vB vC vD 3 列表比較 把數(shù)據(jù)填入下表 根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運(yùn)動(dòng)速度的變化情況 3 注意 1 為了減小實(shí)驗(yàn)誤差 A B C D 不一定是連續(xù)計(jì)時(shí)點(diǎn) 比如可以每隔四個(gè)點(diǎn)選一個(gè)點(diǎn) 稱為計(jì)數(shù)點(diǎn) 此時(shí)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T s 2 計(jì)算計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí) x t應(yīng)取此計(jì)數(shù)點(diǎn)前 后兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移和時(shí)間 即vn 0 1 四 用圖象表示速度1 速度 時(shí)間圖象 v t圖象 用橫軸表示 縱軸表示 建立直角坐標(biāo)系 根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn) 然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái) 即得到物體運(yùn)動(dòng)的v t圖象 2 v t圖象的意義v t圖象非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況 但它 填 是 或 不是 物體運(yùn)動(dòng)的軌跡 時(shí)間t 速度v 不是 例如 如圖3所示是某質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的v t圖象 圖3 由v t圖象可知在0 4s內(nèi)速度隨時(shí)間不斷增大 表示質(zhì)點(diǎn)做運(yùn)動(dòng) 在4 8s內(nèi)速度不隨時(shí)間變化 表示質(zhì)點(diǎn)做勻速運(yùn)動(dòng) 在8 10s內(nèi)速度隨時(shí)間不斷減小 表示質(zhì)點(diǎn)做運(yùn)動(dòng) 質(zhì)點(diǎn)在t 0時(shí)刻的速度為0 在5s末的速度大小為15m s 加速 減速 題型演練 一 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的應(yīng)用原理及操作 例1用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可測(cè)紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移 下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗(yàn)步驟 按照你對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解 在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容 然后按實(shí)際操作的合理順序 將各步驟的字母代號(hào)按順序?qū)懺诳瞻滋?A 在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線 導(dǎo)線的另一端分別接在頻率為50Hz的低壓 選填 交流 或 直流 電源的兩個(gè)接線柱上 交流 解析電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源 B 把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上 讓紙帶穿過(guò) 并壓在 下面 限位孔 復(fù)寫紙 解析應(yīng)將紙帶穿過(guò)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 并放于復(fù)寫紙的下方 答案 解析 C 用刻度尺測(cè)量從計(jì)時(shí)開始點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn)間的距離 x D 切斷電源 取下紙帶 如果共有n個(gè)清晰的點(diǎn) 則這段紙帶記錄的時(shí)間 t E 打開電源開關(guān) 再用手水平地拉動(dòng)紙帶 紙帶上打下一系列小點(diǎn) F 利用公式v 計(jì)算紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度 實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是 n 1 0 02s BAEDCF 解析紙帶上記錄的時(shí)間 t n 1 0 02s 解析合理的實(shí)驗(yàn)步驟為BAEDCF 答案 解析 二 瞬時(shí)速度的計(jì)算和速度 時(shí)間圖象的畫法 例2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz 某次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶 用毫米刻度尺測(cè)量的情況如圖4所示 紙帶在A C間的平均速度為 m s 在A D間的平均速度為 m s B點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于 m s 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 答案 解析 圖4 0 35 0 42 0 35 解析由題意知 相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0 02s A C間的距離為0 014m A C間對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0 02 2s 0 04s A D間的距離為0 025m A D間對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0 02 3s 0 06s B點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于A C間的平均速度 例3某同學(xué)在 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 的實(shí)驗(yàn)中 電源頻率為50Hz 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況 在紙帶上確定出A B C D E F G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖5所示 每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0 1s 本題計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字 答案 解析 圖5 1 在實(shí)驗(yàn)中 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先 再 填 釋放紙帶 或 接通電源 接通電源 釋放紙帶 解析在實(shí)驗(yàn)中 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源 再釋放紙帶 2 每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有 個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出 答案 解析 4 3 試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 每隔0 1s測(cè)一次速度 計(jì)算出打下B C D三個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度 并將各個(gè)速度值填入下表 0 400 0 479 0 560 答案 解析 4 將B C D E F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在圖6直角坐標(biāo)系中 并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線 答案 解析 圖6 答案見解析圖 解析圖線如圖所示 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 多選 在 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 的實(shí)驗(yàn)中 除重物 小車 紙帶外 還需選用的儀器是A 秒表B 刻度尺C 速度計(jì)D 交流電源 答案 1 2 3 4 解析 解析由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)的間隔數(shù)可知任意兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔 故不需要秒表 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 再利用刻度尺測(cè)出兩點(diǎn)間的距離就可進(jìn)一步求出平均速度 故不需要速度計(jì)而要使用刻度尺 選項(xiàng)B正確 C錯(cuò)誤 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要使用交流電源工作 選項(xiàng)D正確 5 6 2 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 多選 在 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 的實(shí)驗(yàn)中 若打點(diǎn)周期為0 02s 下列說(shuō)法正確的是A 先接通電源 后拉動(dòng)紙帶B 先拉動(dòng)紙帶 后接通電源C 電火花計(jì)時(shí)器使用6V以下的交流電源D 連續(xù)n個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 n 1 0 02s 答案 1 2 3 4 解析 5 6 解析使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí) 應(yīng)先接通電源 待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后 再拉動(dòng)紙帶 A正確 B錯(cuò)誤 電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是220V交流電 C錯(cuò)誤 每相鄰的兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0 02s 連續(xù)n個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間有n 1個(gè)時(shí)間間隔 故時(shí)間為 n 1 0 02s D正確 1 2 3 4 5 6 3 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 如圖7所示是一位同學(xué)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的兩條紙帶 他將兩條紙帶 甲 乙 上下并排放在一起進(jìn)行比較 在圖中A B兩點(diǎn)之間 兩條紙帶 甲 乙 運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比是A 1 1B 2 1C 1 2D 無(wú)法比較 答案 1 2 3 4 圖7 解析 5 6 4 瞬時(shí)速度的測(cè)量 用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器能更精確地測(cè)量物體的瞬時(shí)速度 如圖8所示 滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門 配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門的時(shí)間為 t1 0 29s 通過(guò)第二個(gè)光電門的時(shí)間為 t2 0 11s 已知遮光板的寬度為3 0cm 則滑塊通過(guò)第一個(gè)光電門的速度為 通過(guò)第二個(gè)光電門的速度為 圖8 1 2 3 4 0 10m s 0 27m s 答案 解析 5 6 解析由于滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)遮光板的擋光時(shí)間較短 所以滑塊經(jīng)過(guò)光電門的速度可用遮光板擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度表示 1 2 3 4 5 6 5 瞬時(shí)速度的測(cè)量 在 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 的實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電的頻率為50Hz 記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖9所示 在紙帶上選擇0 1 2 3 4 5共六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出 紙帶旁并排放著帶有最小分度為1mm的刻度尺 0點(diǎn)跟 0 計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊 由圖可以讀出三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1 3 5跟0點(diǎn)的距離并填入表格中 圖9 計(jì)算小車通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn) 2 的瞬時(shí)速度為v2 m s 1 20 5 40 12 00 0 21 答案 解析 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 6 用圖象表示速度 如圖10所示是一條打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶 電源頻率為50Hz 0 1 2 3 4 5 6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出 各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0的距離如圖所示 圖10 1 2 3 4 5 6 1 求出2 4計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度并填入表格 答案 解析 0 40 0 69 解析兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是T 0 1s 1 2 3 4 5 6 2 在圖11坐標(biāo)紙中畫出質(zhì)點(diǎn)的速度 時(shí)間圖象 圖11 答案見解析圖 答案 解析 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 解析根據(jù) 1 表格中數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn) 然后連線得到圖象如圖所示 5 6