《高中物理 第一章 運(yùn)動(dòng)的描述 第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度 新人教版必修1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第一章 運(yùn)動(dòng)的描述 第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度 新人教版必修1（35頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第第一一章章第第節(jié)節(jié)實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)典題案例導(dǎo)析典題案例導(dǎo)析知能演練提升知能演練提升題型一題型一題型二題型二題型三題型三一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1)(1)了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。(2)(2)學(xué)會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量物體的速度。學(xué)會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量物體的速度。(3)(3)能利用能利用v vt t圖像分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述物體的運(yùn)動(dòng)。圖像分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述物體的運(yùn)動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理(1)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用：電火花計(jì)時(shí)器電火花計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖示圖示電火花計(jì)時(shí)器電火花計(jì)時(shí)器電磁

2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作電壓工作電壓220 V交流電交流電6 V交流電交流電打點(diǎn)方式打點(diǎn)方式周期性產(chǎn)生電火花周期性產(chǎn)生電火花 振針周期性上下振動(dòng)振針周期性上下振動(dòng)打點(diǎn)周期打點(diǎn)周期0.02 s0.02 s記錄信息記錄信息位移、時(shí)間位移、時(shí)間四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，紙帶穿過限位把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面?？?，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。(2)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到6 V的低壓的低壓交流電源上。交流電源上。(3)接通電源開關(guān)，用手水平拉動(dòng)紙帶，使它在

3、水平接通電源開關(guān)，用手水平拉動(dòng)紙帶，使它在水平方向上運(yùn)動(dòng)，紙帶上就打下一系列點(diǎn)。方向上運(yùn)動(dòng)，紙帶上就打下一系列點(diǎn)。 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器( (或電火花計(jì)時(shí)器或電火花計(jì)時(shí)器) )、紙帶、刻度尺、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源( (頻率是頻率是50 Hz50 Hz，電火花計(jì)，電火花計(jì)時(shí)器使用時(shí)器使用220 V220 V交流電源，頻率也為交流電源，頻率也為50 Hz)50 Hz)。(4)取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開始，往后數(shù)出取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開始，往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)，如果共有若干個(gè)點(diǎn)，如果共有n個(gè)點(diǎn)，那么個(gè)點(diǎn)，那么

4、n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為n1個(gè)，則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間個(gè)，則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(n1)0.02 s。(5)用刻度尺測量出從開始計(jì)數(shù)的點(diǎn)到第用刻度尺測量出從開始計(jì)數(shù)的點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)間的個(gè)點(diǎn)間的距離距離x。圖圖 141把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運(yùn)動(dòng)。把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運(yùn)動(dòng)。位置位置ABCDEF(xnxn1)/(m)v/(m/s)(2)利用利用vt圖像分析物體的運(yùn)動(dòng)：圖像分析物體的運(yùn)動(dòng)：vt圖像：圖像：用橫軸表示時(shí)間用橫軸表示時(shí)間t，縱軸表示速度，縱軸表示速度v，建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把這些

5、標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來，即得到如圖點(diǎn)連接起來，即得到如圖142所示所示的的vt圖像。圖像。圖圖142vt圖像的意義：圖像的意義：vt圖像非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況，它圖像非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況，它并不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡。并不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡。圖圖143勻速直線運(yùn)動(dòng)的勻速直線運(yùn)動(dòng)的vt圖像：圖像：勻速直線運(yùn)動(dòng)的勻速直線運(yùn)動(dòng)的vt圖像是與時(shí)圖像是與時(shí)間軸平行的直線。間軸平行的直線。從勻速直線運(yùn)動(dòng)的從勻速直線運(yùn)動(dòng)的vt圖像中不圖像中不僅可以看出速度的大小，并且可以求僅可以看出速度的大小，并且可以求出位移。根據(jù)位出位移。根據(jù)位移公式移公式xvt，在，在vt圖

6、像中就對(duì)應(yīng)著邊長分別為圖像中就對(duì)應(yīng)著邊長分別為v0和和t0的一個(gè)矩形面積，如圖的一個(gè)矩形面積，如圖143中陰影的部分。中陰影的部分。六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好，以免拉動(dòng)紙帶實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好，以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng)，并要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。時(shí)晃動(dòng)，并要先輕輕試?yán)垘В瑧?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。(2)使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)使用計(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。器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再拉動(dòng)紙帶。(3)手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些，以防點(diǎn)跡太密集。手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些，以防點(diǎn)跡太密集。(4)使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，

7、應(yīng)注意把紙帶正確穿好，使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。(5)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，如打出的點(diǎn)較輕或是短線，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，如打出的點(diǎn)較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。(6)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長時(shí)間，打點(diǎn)之后應(yīng)立打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長時(shí)間，打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。即關(guān)閉電源。(7)對(duì)紙帶進(jìn)行測量時(shí)，不要分段測量各段的位移，正對(duì)紙帶進(jìn)行測量時(shí)，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次

8、測量完畢確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個(gè)測量點(diǎn)到起可先統(tǒng)一測量出各個(gè)測量點(diǎn)到起始測量點(diǎn)始測量點(diǎn)O之間的距離之間的距離)。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。七、誤差分析七、誤差分析(1)利用平均速度來代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度自身帶來系利用平均速度來代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差，應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移統(tǒng)誤差。為減小誤差，應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移x來求平均速度。來求平均速度。(2)分段測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移分段測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x帶來誤差。減小此誤差帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成，即一次測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)的方法是一次測量完成，即一次

9、測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)O的距離，再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。的距離，再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。(3)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間t搞錯(cuò)。幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)搞錯(cuò)。幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為間間隔為t(n1)0.02 s，而非，而非tn0.02 s。(4)作作vt圖像不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選圖像不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差。定的不合理，作圖粗糙帶來誤差。八、它案設(shè)計(jì)八、它案設(shè)計(jì)(常用測速度的方法常用測速度的方法)除用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度外，還可用以下的方法進(jìn)行除用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度外，還可用以下的方法進(jìn)行測量：測量：1借助傳感器用計(jì)算機(jī)測速度借助傳感器用計(jì)算機(jī)測速度

10、如圖如圖144是一種運(yùn)動(dòng)傳感器的原理圖，這個(gè)系統(tǒng)是一種運(yùn)動(dòng)傳感器的原理圖，這個(gè)系統(tǒng)由由A、B兩個(gè)小盒子組成。兩個(gè)小盒子組成。A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器，波發(fā)射器，B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，將盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，將A盒固定在運(yùn)動(dòng)物體盒固定在運(yùn)動(dòng)物體(小車小車)上，上，B盒固定在某一位置并調(diào)整盒固定在某一位置并調(diào)整其高度與傳感器其高度與傳感器A等高。測量時(shí)等高。測量時(shí)A向向B同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外圖圖144圖圖1452利用光電門測瞬時(shí)速度利用光電門測瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖145所示，所示，使一輛小車從一端墊高的木板上使一輛

11、小車從一端墊高的木板上滑下，木板旁裝有光電門，其中滑下，木板旁裝有光電門，其中A管發(fā)出光線，管發(fā)出光線，B管接收光線。當(dāng)管接收光線。當(dāng)固定在車上的遮光板通過光電門固定在車上的遮光板通過光電門時(shí)，光線被阻擋，記錄儀上可以直接讀出光線被阻擋的時(shí)，光線被阻擋，記錄儀上可以直接讀出光線被阻擋的時(shí)間。這段時(shí)間就是遮光板通過光電門的時(shí)間。根據(jù)遮時(shí)間。這段時(shí)間就是遮光板通過光電門的時(shí)間。根據(jù)遮3利用頻閃照相分析計(jì)算物體的速度利用頻閃照相分析計(jì)算物體的速度頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時(shí)間頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時(shí)間曝光，從而形成間隔相同時(shí)間的影像的方法。在頻閃照曝光，從而形成間隔相

12、同時(shí)間的影像的方法。在頻閃照相中會(huì)用到頻閃燈，它每隔相等時(shí)間閃光一次，例如每相中會(huì)用到頻閃燈，它每隔相等時(shí)間閃光一次，例如每隔隔0.1 s閃光一次，即每秒閃光閃光一次，即每秒閃光10次。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，利次。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出該物體每隔相等時(shí)間用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出該物體每隔相等時(shí)間所到達(dá)的位置。通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。所到達(dá)的位置。通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。圖圖146圖圖146中是采用每秒閃光中是采用每秒閃光10次拍攝的小球沿斜面滾下的頻閃次拍攝的小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中每兩個(gè)相鄰小球的影照片，照片中每兩個(gè)相鄰小球的影像間隔的時(shí)

13、間就是像間隔的時(shí)間就是0.1 s，這樣便記，這樣便記錄了小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。而小球運(yùn)動(dòng)錄了小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。而小球運(yùn)動(dòng)的位移則可以用尺子量出。的位移則可以用尺子量出。與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻率相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交變電源的頻率，而相同時(shí)間間率相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交變電源的頻率，而相同時(shí)間間隔出現(xiàn)的影像則相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)跡。因此，隔出現(xiàn)的影像則相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)跡。因此，運(yùn)動(dòng)物體的頻閃照片既記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息，運(yùn)動(dòng)物體的頻閃照片既記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息，又記錄了物體運(yùn)動(dòng)的位移信息。至于求平均速度和瞬又記錄了物體運(yùn)動(dòng)的位移信息。至

14、于求平均速度和瞬時(shí)速度，兩者都是一樣的。時(shí)速度，兩者都是一樣的。 例例1在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下運(yùn)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)有如下操作步驟，其中錯(cuò)誤的步動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)有如下操作步驟，其中錯(cuò)誤的步驟是驟是_，有遺漏內(nèi)容的步驟是，有遺漏內(nèi)容的步驟是_。A拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，松拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，松開紙帶后再接通電源開紙帶后再接通電源B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電路將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電路C把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面懸掛適當(dāng)?shù)你^碼懸掛適當(dāng)?shù)你^碼D取下紙

15、帶取下紙帶E放手，使小車在平板上運(yùn)動(dòng)放手，使小車在平板上運(yùn)動(dòng)F將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔將以上步驟完善后合理的序號(hào)排列為將以上步驟完善后合理的序號(hào)排列為_。 解析解析 合理的步驟如下：合理的步驟如下：B B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上沒有滑輪的一端，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上沒有滑輪的一端，并接好電路并接好電路F F將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔限位孔C C把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面懸掛適當(dāng)?shù)你^碼懸掛適當(dāng)?shù)你^碼A A拉住紙帶，

16、將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源接通電源E E放手，使小車在平板上運(yùn)動(dòng)放手，使小車在平板上運(yùn)動(dòng)D D斷開電源，取下紙帶斷開電源，取下紙帶 答案答案 ABABD DBFCAEDBFCAED圖圖1 14 47 7 例例22在做在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度測速度”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到了如圖到了如圖1 14 47 7所示的一條紙所示的一條紙帶。圖中所示數(shù)字為各點(diǎn)距第一點(diǎn)的距離，單位是帶。圖中所示數(shù)字為各點(diǎn)距第一點(diǎn)的距離，單位是cmcm。(1)(1)設(shè)計(jì)一個(gè)表格，將測量得到的物理量和計(jì)算出的各設(shè)計(jì)一個(gè)表格，將測量得到的物理量和計(jì)算出的各

17、相鄰兩點(diǎn)間的平均速度填入表格中。相鄰兩點(diǎn)間的平均速度填入表格中。(2)(2)判斷紙帶運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，并說明理由。判斷紙帶運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，并說明理由。0112233445x/m0.024 00.024 30.023 60.024 20.024 0t/s0.020.020.020.020.02v/(ms1)1.201.221.181.211.20(2)(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出速度隨時(shí)間變化的根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出速度隨時(shí)間變化的v vt t圖圖像，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時(shí)間內(nèi)的像，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時(shí)間內(nèi)的平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)。平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

18、 答案答案 見解析見解析例例3用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器能夠更精確地測用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器能夠更精確地測量物體的瞬時(shí)速度。如圖量物體的瞬時(shí)速度。如圖148所示，滑塊在牽引力所示，滑塊在牽引力的作用下先后通過兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記的作用下先后通過兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過第一個(gè)光電門的時(shí)間為錄了遮光板通過第一個(gè)光電門的時(shí)間為t10.19 s，通，通過第二個(gè)光電門的時(shí)間為過第二個(gè)光電門的時(shí)間為t20.10 s，已知遮光板的寬，已知遮光板的寬度為度為2.8 cm，試分別求出滑塊通過第一個(gè)光電門和第二，試分別求出滑塊通過第一個(gè)光電門和第二個(gè)光電門時(shí)的速度大小。個(gè)光電門時(shí)的速度大小。圖圖148答案答案0.15 m/s0.28 m/s