高中物理 第1章 運動的描述 4 實驗 用打點計時器測速度 新人教版必修1

1、4實驗:用打點計時器測速度,一、實驗?zāi)康?1.了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2.理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并測量瞬時速度。 3.理解速度時間圖象的意義,掌握描點法畫圖象的方法,并畫出該實驗中的速度時間圖象,二、實驗原理 1.打點計時器的原理及使用,2.根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并能計算平均速度 (1)在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0.02 s(電源頻率為50 Hz),所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小。 (2)根據(jù) ,求出在任意兩點間的平均速度,這里x可以用刻度尺測量出兩點間的距離,t為兩點間的時間間隔數(shù)與0.02 s的乘積。這里必須明確所求的是哪兩點之間的平均速度,3.瞬時速

2、度的測定 跟運動物體連在一起的紙帶上打出的點記錄了物體在不同時刻的位置,如圖,若測E點的瞬時速度,可測出D、F兩個計數(shù)點間的位移x和時間t,E點的瞬時速度就可用D、F間的平均速度 來表示,說明:在粗略計算E點的瞬時速度時,可利用公式 來求解,但須注意的是,如果取離E點越接近的兩點來求平均速度,這個平均速度越接近E點的瞬時速度,但是距離太小會使測量誤差增大,應(yīng)該根據(jù)實際情況選取這兩個點,4.v-t圖象與其畫法 為了更直觀地反映物體的運動情況,我們可以用v-t圖象來表示速度隨時間的變化規(guī)律。 以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值,在坐標系中描點,最后用平

3、滑曲線把這些點連接起來就得到了一條能夠描述速度v與時間t關(guān)系的圖象,三、實驗器材 電磁打點計時器(或電火花計時器)、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源(頻率是50 Hz,電火花計時器使用220 V交流電源,頻率也為50 Hz,四、實驗步驟 1.把電磁打點計時器固定在桌子上,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。 2.把電磁打點計時器的兩個接線柱接到 46 V的低壓交流電源上。 3.接通電源開關(guān),用手水平拉動紙帶,使它在水平方向上運動,紙帶上就打下一系列點。 4.取下紙帶,從能看得清的某個點開始,往后數(shù)出若干個點,如果共有n個點,那么n個點的間隔數(shù)為n-1個,則紙帶的運

4、動時間t= (n-1)0.02 s。 5.用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到第n個點間的距離x。 6.利用公式 計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度,7.把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O,以后的點分別標上A、B、C、D、作為“計數(shù)點”,如圖所示,依次測出O到A、A到B、B到C、之間的距離x1、x2、x3,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1.數(shù)據(jù)處理 (1)表格法,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直線運動,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2)利用v-t圖象分析物體的運動: v-t圖象: 用橫軸表示時間t,縱軸表示速度v,建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點,然后用平滑的曲線把這些點連接

5、起來,即得到如圖所示的v-t圖象,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,v-t圖象的意義: v-t圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況,它并不是物體運動的軌跡。 圖象法的優(yōu)點:圖象法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法之一。運用圖象法處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點,如可以使物理規(guī)律直觀易懂,可以減小偶然誤差,可以方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理數(shù)據(jù)等,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2.注意事項 (1)實驗前,應(yīng)將打點計時器固定好,以免拉動紙帶時晃動,并要先輕輕試拉紙帶,應(yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。 (2)使用計時器打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后,再拉動紙帶。 (3)手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些,以防點跡太密集

6、。 (4)使用電火花計時器時,應(yīng)注意把紙帶正確穿好,墨粉紙盤位于紙帶上方;使用電磁打點計時器時,應(yīng)讓紙帶穿過限位孔,壓在復(fù)寫紙下面。 (5)使用電磁打點計時器時,如打出的點較輕或是短線,應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。 (6)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,7)對紙帶進行測量時,不要分段測量各段的位移,正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點O之間的距離)。讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,3.實驗誤差分析 (1)利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小

7、位移x來求平均速度。 (2)分段測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成,即一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離,再分別計算出各計數(shù)點間的距離。 (3)計數(shù)點間的時間t算錯。幾個計數(shù)點間的時間間隔為t=(n-1)0.02 s,而非t=n0.02 s。 (4)作v-t圖象不用坐標紙、刻度尺,坐標單位選定的不合理,作圖粗糙帶來誤差,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,例題1】 (多選)關(guān)于打點計時器的原理和使用方法,下列說法正確的是() A.打點計時器應(yīng)接交流電源,交流頻率通常為50 Hz B.如果紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間有四個點,則相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0.08 s C.如果

8、打點計時器在紙帶上打下的點先密集后稀疏,則說明紙帶的速度由小變大 D.電磁打點計時器接在220 V交流電源上,電火花計時器接在6 V交流電源上 解析:打點計時器使用交變電流,電磁打點計時器使用6 V以下的低壓交流電源;電火花計時器使用220 V交流電源,紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間有四個點,則相鄰兩計數(shù)點的時間間隔是0.1 s,選項A、C正確。 答案:AC,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,例題2】 在“用打點計時器測速度”的實驗中,打點計時器使用的交變電流的頻率為50 Hz,記錄小車運動的紙帶如圖所示,在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5的6個計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出,紙帶旁并排放著帶

9、有最小分度為毫米的刻度尺,零點跟“0”計數(shù)點對齊,由圖可以讀出三個計數(shù)點1、3、5跟0點的距離填入下列表格中,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,答案:1.205.4012.000.21,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,例題3】 某同學(xué)在做“用打點計時器測速度”的實驗時,得到一條點跡清晰的紙帶如圖,在紙帶上依次選出7個計數(shù)點,分別標以O(shè)、A、B、C、D、E和F,每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出,打點計時器所用電源的頻率是50 Hz,1)如果測得C、D兩點間距x4=2.70 cm,D、E兩點間距x5=2.90 cm,則據(jù)此數(shù)據(jù)計算在打D點時的速度公式為,小車的速度值vD

10、= m/s。(保留三位有效數(shù)字,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2)該同學(xué)分別算出其他點的速度:vA=0.220 m/s,vB=0.241 m/s, vC=0.258 m/s,vE=0.300 m/s,請設(shè)計表格將實驗數(shù)據(jù)填入表格中,并在坐標系中作出小車運動的v-t圖象,設(shè)O點為計時起點,3)由所作v-t圖象判斷小車的運動情況是怎樣的,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,點撥:在計算紙帶上某個點的瞬時速度時,可以該點為中心,對稱地選一段距離x,找出通過x所用的時間t,該點的瞬時速度即可表示為 。時間越小,平均速度越接近瞬時速度。建立速度時間坐標系,根據(jù)所求的瞬時速度,選好標度,確定計時起點(本題以O(shè)點

11、為計時起點),描出對應(yīng)時刻的速度,連線畫出v-t圖象,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,解析:(1)D點為CE的中間時刻,所以可以認為D點的瞬時速度等于CE間的平均速度,即 代入數(shù)據(jù)計算可得vD=0.280 m/s。 (2)實驗表格,3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點得v-t圖象如圖所示,從圖象上可以看出物體速度隨時間均勻增大,所以小車做勻加速運動,答案:見解析,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1.電磁打點計時器使用的電源是() A.交流220 VB.直流220 V C.交流10 V以下D.直流10 V以下 答案:C,1,2,3,4,2.(多選)在“使用打點計時器測速

12、度”的實驗中,除電源、紙帶外,還需選用的儀器是() A.停表B.刻度尺 C.速度計D.打點計時器 解析:由打點計時器在紙帶上打下的點的間隔數(shù)可知任意兩點間的時間間隔,故不需要停表,再利用刻度尺測出兩點間的位移就可進一步求出平均速度,故不需要速度計。實驗中需要用刻度尺測量紙帶上各點間的位移。 答案:BD,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,3.(多選)在利用打點計時器測速度的實驗中,下列說法正確的是() A.先接通電源,后拉動紙帶 B.先拉動紙帶,后接通電源 C.電火花計時器使用6 V以下的交流電源 D.連續(xù)n個計時點間的時間為(n-1)0.02 s 解析:實驗中,應(yīng)先接通電源,再拉動紙帶,選項A正確,B錯誤;電火花計時器的工作電壓為220 V,選項C錯誤;打點計時器每隔0.02 s打一個點,連續(xù)n個計時點間的時間為(n-1)0.02 s,選項D正確。 答案:AD,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,4.利用實驗“用打點計時器測速度”有關(guān)知識,回答下列問題: (1)打點計時器所用的電源應(yīng)為;