利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度教案

1、學(xué)案5實(shí)驗(yàn)：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器的構(gòu)造及工 作原理2學(xué)會使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.3.掌握測瞬時(shí)速度的方法，會用打出的 紙帶求瞬時(shí)速度.4.能根據(jù)紙帶求勻變速直線運(yùn)動的加速度.盤故追本溯源 推陳方可知新知識儲備區(qū)一、實(shí)驗(yàn)器材1 .器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、一端附有滑輪的長木板、 小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙.2 . 了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器如圖1所示，是一種使用低壓、交流電源的計(jì)時(shí) 儀器，工作電壓為46 V.(2)當(dāng)電源頻率是50 Hz時(shí)，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔 002 s打一次點(diǎn). 二、實(shí)驗(yàn)原理1 .打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的

2、紙帶能記錄運(yùn)動物體在不同時(shí)刻的位也2 .根據(jù)紙帶計(jì)算某時(shí)刻的瞬時(shí)速度根據(jù)亍=。求任意兩點(diǎn)間的平均速度，把這個(gè)平均速度值看成這段 時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度.(注：學(xué)習(xí)第2章后，就會知道，勻變速 直線運(yùn)動中，某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速 度).3 .加速度的計(jì)算根據(jù)a =計(jì)算出物體的加速度.(2)由v t圖像，利用圖線的斜率求出物體的加速度.基礎(chǔ)自學(xué)落實(shí)重點(diǎn)互動探究學(xué)習(xí)探究區(qū)一、實(shí)驗(yàn)步驟1 .如圖2所示，把一端附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑 輪伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器館紙帶OS明何碼&圖22 .紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙

3、套在定位軸上，并且壓在紙帶上面， 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到 4 V6 V的低壓交流電源上.3 .把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行， 然后把紙帶穿過打點(diǎn) 計(jì)時(shí)器的限位孔，并把紙帶的另一端固定在小車的后面.4 .把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)，換上新紙 帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次.二、數(shù)據(jù)處理1 .挑選紙帶并測量在三條紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的.為了便于測量，舍掉開頭一些 過于密集的點(diǎn)跡，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn) （0點(diǎn)），每5個(gè)點(diǎn)（相 隔0.1 s）取一個(gè)計(jì)數(shù)

4、點(diǎn)進(jìn)行測量，如圖3所示.（相鄰兩點(diǎn)間還有4個(gè) 點(diǎn)未畫出）圖32 .瞬時(shí)速度的計(jì)算和記錄（1）計(jì)算方法：某段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即Vn = SnW，例如圖3中計(jì)數(shù)點(diǎn)4的速度V4 = S42Ts5其中T= 0.1 s.（2）設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)01234567時(shí)刻t/s00.10.20.30.40.50.60.7，/1v/(m s )3.加速度的計(jì)算圖4（1）根據(jù)a =氣"，求解加速度，可以多求幾次，再求 a的平均值.（2）作出小車運(yùn)動的v-t圖像，利用斜率求出小車的加速度.如圖 4 所示，小車的加速度a=V2二芋.12 t1三、注意事項(xiàng)1 .開始釋放小車時(shí)，

5、應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2 .先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車.3 .打點(diǎn)完畢，立即斷開電源.4 .選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄開頭點(diǎn)跡密集部分，適當(dāng)選取計(jì) 數(shù)點(diǎn)（注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別），弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多 少.一般在紙帶上每隔 4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為 T = 0.02X 5 s= 0.1 s.5 .在坐標(biāo)紙上畫v-1圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖 像盡量分布在坐標(biāo)平面中央.6 .利用描出的點(diǎn)作v t圖像時(shí)，不要將相鄰的點(diǎn)依次相連成折線， 而應(yīng)使大多數(shù)點(diǎn)在直線（或曲線）上，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線（或 曲線）兩側(cè)，個(gè)別離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去.典例精析【例1】在

6、“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”實(shí)驗(yàn)中， 某同學(xué)進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)操作步驟，試找出其中的錯誤和遺漏的步驟 （遺漏步驟可編上序號G）.A.拉住紙帶，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端后，放開紙帶，再 接通電源B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板無滑輪一端，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，下面吊著適當(dāng)?shù)你^碼D.取下紙帶，再斷開電源E.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F.從所打的紙帶中選取理想的紙帶進(jìn)行測量分析錯誤和遺漏：正確的步驟順序?yàn)榇鸢?A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶 D中應(yīng)先斷開電源，再 取下紙帶換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次BECADGF【例2 在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變

7、速直線運(yùn)動的加速度的實(shí)驗(yàn)中， 圖5 甲是一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶，圖中 A、B、C、D、E為相鄰的 計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出.（電源頻率為50 Hz） 2760-60.30單位：em105.60圖5(1)根據(jù)運(yùn)動學(xué)有關(guān)公式可求得 Vb= 1.38 m/s, vc =m/s, Vd = 3.90 m/s.（2）利用求得的數(shù)值在圖乙所示坐標(biāo)紙上作出小車的 v-t圖線（從打A 點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)）.利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動的加速度a =m/g.（3）將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)是0.12 m/s,此交點(diǎn)的物理意義是： 解析（1）打C點(diǎn)時(shí)對應(yīng)的速度為sBD 60.30 7.50vC

8、=亓=0-2cm/s= 264 cm/s= 2.64 m/s.用描點(diǎn)法作出小車的運(yùn)動圖像如圖所示.由圖知小車運(yùn)動的加速度a=啾i）0 I234567R9 10 0乂及閭3.90 m/s- 1.38 m/s（3-1）x 10 1 s= 12.6 m/s2.(3)此交點(diǎn)表示從A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí)，小車的速度為答案 (1)2.64 (2)12.6(3)從A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí)，小車的速度為0.12 m/s0.12 m/s.自我檢測區(qū)檢測學(xué)習(xí)效果臨趨成功快樂1.如圖6所示是用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻加速直線運(yùn)動的加速度時(shí)得到的一條紙帶，測量出 數(shù)點(diǎn)A、B、C、D中, 說法正確的是()AB= 1.2 cm, AC= 3.

9、6 cm, AD = 7.2 cm,計(jì) 每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，以下A .電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是只能記錄時(shí)間而不能記錄位移的儀器B.若電源頻率f= 50 Hz,則每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為 0.1 sC.打B點(diǎn)時(shí)運(yùn)動物體的速度vb = 0.20 m/sD.本實(shí)驗(yàn)也可以采用電火花計(jì)時(shí)器答案 BD解析 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器既可以記錄時(shí)間，又可以記錄位移，選項(xiàng) A 錯誤；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為 0.02 s,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4 個(gè)點(diǎn)未畫出，即兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 0.1 s,選項(xiàng)B正確；VbSac _0.036_ 0.036 2T= 2T = 0.2m/s=0.18 m/s,選項(xiàng)C

10、錯誤；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都可以用，選項(xiàng) D正確.2.在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在50 Hz的低壓交變電源上.某同學(xué)在打出的紙帶上每 5 點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了 A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩 個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫出)，如圖7所示.從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長 緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖8所示.(1)請你在xOy坐標(biāo)系中用最簡潔的方法作出能表示 v t關(guān)系的圖線 (在圖8中作答)，并指出哪個(gè)軸相當(dāng)于v軸？(2)從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，為了求出0.15 s時(shí)刻的瞬

11、時(shí)速度，需要 測 出 哪一 段 紙 帶 的 長 度？(3)若測得a段紙帶的長度為2.0 cm, e段紙帶的長度為10.0 cm,則可求出加速度的大小為 m/£答案(1)v t圖線見解析圖y軸相當(dāng)于v軸(2)b段(3)2.0解析（1）以紙帶寬度為時(shí)間單位0.1 s. x軸相當(dāng)于t軸,y軸相當(dāng)于v軸，每段紙帶上端中點(diǎn)的縱坐標(biāo)相當(dāng)于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度.把紙 帶上端中點(diǎn)連起來就得到vt圖線.（2）用b紙帶的長度除以0.1 s就是完成b紙帶這段長度的平均速度, 也近似等于0.15 s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，故需測出b段紙帶的長度.(3)0.05 s時(shí)的瞬時(shí)速度2.0 cm -v1 =-= 20

12、.0 cm/s= 0.20 m/sv10.1 s0. 45 s 時(shí)瞬時(shí)速度 V2=1(0.； Cm= 100 cm/s= 1.00 m/s u .sm/s2 = 2.0 m/VV2 V1 1.00 0.20a= At =0.45 0.0540分鐘課時(shí)作業(yè)1 .在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，我們可以不利用公式計(jì)算就能直接得到的物 理量是（）A.時(shí)間間隔B.瞬時(shí)速度C.加速度D.某段時(shí)間內(nèi)的位移答案 AD解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是每隔0.02 s打下一個(gè)點(diǎn)，所以數(shù)點(diǎn)就可以知道時(shí) 間間隔，故A正確.瞬時(shí)速度的求解需要運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動的公 式，故B錯誤.加速

13、度的求解需要運(yùn)用公式或利用圖像求斜率，故C錯誤.某段時(shí)間內(nèi)的位移可以利用刻度尺直接測得，故 D正確，故 選 A、D.2 .關(guān)于“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”的實(shí)驗(yàn)，下 列說法中正確的是（）A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長木板上，且靠近滑輪一端B.開始實(shí)驗(yàn)時(shí)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端C.應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車D.牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)越多越好答案 BC解析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長木板上沒有滑輪的一端，選項(xiàng) A錯誤； 小車開始時(shí)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是為了使小車的運(yùn)動距離較大，選項(xiàng)B正確；若先釋放小車后接通電源只能在紙帶的后面部分打點(diǎn)，選項(xiàng)C正確；鉤碼個(gè)數(shù)太少，打點(diǎn)密集，鉤碼個(gè)數(shù)太多，打點(diǎn)太少，

14、都會帶 來實(shí)驗(yàn)誤差，選項(xiàng)D錯誤.3.下列關(guān)于“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”實(shí)驗(yàn)中所選計(jì)數(shù)點(diǎn)的說法中，不正確 的是（） A.用計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量計(jì)算既方便又可減小誤差B.相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔應(yīng)是相等的C.相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離應(yīng)是相等的D.計(jì)數(shù)點(diǎn)是從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)中選出來的，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間 點(diǎn)的個(gè)數(shù)相等 答案 C4.如圖1甲、乙所示為同一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的兩條紙帶，由紙帶可 知（）! 甲 j 6 1 234 ' 5?乙圖1A.在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的 大B.在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“ 0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的C.紙帶甲的加速度比乙的大D

15、.紙帶甲的加速度比乙的小答案 BD解析 在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”至“5”也過的中，兩紙帶所用時(shí)間相同， 但甲紙帶位移小于乙紙帶位移，故 G甲<1乙，選項(xiàng)A錯，B對；相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間所用時(shí)間相等，可知甲的速度不變，乙的速度變大，故 a甲<a乙，選項(xiàng)C錯，D對.5.在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，下 述測量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是 （）A.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時(shí)，可以用短尺把它分段來測量B.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時(shí)，可以用短尺一次把它測完C.測量每兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，應(yīng)該用帶著毫米刻度的長尺的 零刻度對準(zhǔn)起點(diǎn)，讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的刻度值，然后逐一相減，

16、得到 每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值D.分別逐個(gè)測出每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，這樣便于記錄答案 C解析 不論兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離大還是小，采用 C項(xiàng)所述方法都可 減小誤差，C正確.6.某同學(xué)用如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量勻變速直線運(yùn)動的加速度D.900.850.800.75圖2電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接電源（填“低壓直流”、“低壓交流”或“220 V交流”）.實(shí)驗(yàn)時(shí)，使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先再.（填“接通電源”或“放開小車”）（3）若所接電源的頻率是50 Hz,則每隔秒打一個(gè)點(diǎn).圖乙是繪出的小車速度 一時(shí)間關(guān)系圖線，根據(jù)圖線求出小車的加速度為a=m/套（保留三位有效數(shù)字）答案（1）低壓交流（2）接通電源 放開小車（3

17、）0.02 （4）0.682解析（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接低壓交流電源.（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源再放開小車.若所接電源的頻率是50 Hz,則每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn).在vt圖像中圖線的斜率表示加速度即 a= = 0.682 m/y.7. 一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在 同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置 編號，如圖3甲所示，1位置恰對應(yīng)小球剛開始運(yùn)動的瞬間，作為零 時(shí)刻.攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運(yùn)動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1 = 0, v2 = 0.06 m/s, v3=m/s, v4

18、=0.18 m/s, v§=m/s在圖乙所示的坐標(biāo)紙 上作出小球的速度一時(shí)間圖像（保留描點(diǎn)痕跡）.123456 l?i 11111 11 1 1 1 11 1 1 1 1 111 1 1 11 010203。%甲乙圖3答案 0.12 0.24見解析圖解析 如題圖所示，Si + S2=0.06 m,而0.06V2= 2t m/s= 0.06 m/s,故 T=0.5 s,則V3 =S2+S30.122T 2X0.5m/s= 0.12 m/s,S4+S50.24又 S4+S5 = 0.24 m,則 V5= 2T =9vnc2 人 0.5m/s= 0.24 m/s其 v t 圖像如圖所示.K 4 O 6 22 2 2 11o.o.o.o.oB(ko.8.實(shí)驗(yàn)小組在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速直線運(yùn)動加速度的實(shí)驗(yàn)中，得到一條紙帶如圖4所示，A、B、C、D、E、F、G為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為