用打点计时器测速度123

第4节实验：用打点计时器测速度目标导读1.练习使用电火花计时器或电磁打点计时器.2.学会用打上点的纸带测量瞬时速度.3.学会用图象表示速度，明确v－t图象的物理意义.4.通过做实验锻炼学生的动手能力、处理实际问题的能力和总结分析能力.5.初步了解极限方法的实质．预习梳理1．打点计时器的分类(1)打点计时器是一种记录物体运动和信息的仪器．(2)电磁打点计时器，工作电压为以下，当接通电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，振针也就跟着上下振动．如果电源的频率为50Hz，振针就会通过复写纸每隔在纸带上打一个点；时间位移6V0.02s(3)电火花计时器，使用时，套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔．接通交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电．当电源的频率是50Hz时，每隔在纸带上打一个点．2．练习使用电火花计时器(1)将电火花计时器固定在上，检查是否已经正确地套在纸盘轴上；(2)把电火花计时器的电源插头插在220V的交流电源上；(3)按下，用手水平地拉动，纸带上就打出一行小点，随后立即电源．墨粉纸盘220V0.02s桌子墨粉纸盘脉冲输出开关纸带关闭“南慕容、北乔峰”出自《天龙八部》，其中“南慕容”是真实存在的，但你知道它的来历吗？鲜卑族，源属东胡后裔，分为四大部落：段氏、宇文氏、慕容氏和拓跋氏。而慕容氏在酋长慕容涉归在位时，被西晋册封为“大单于”，之后他又分部众一千七百多户给庶子慕容吐谷浑，慕容吐谷浑率部南下甘肃，建立吐谷浑政权。就这样，慕容部一分为二。这里先要说的是慕容涉归部。公元307年，慕容廆继承其父慕容涉归的位子后，自称鲜卑大单于，后又接受东晋册封，都督幽、平二州、东夷诸军事，车骑将军、平州牧，封辽东公。这为其子慕容皝创建国家政权打下基础。337年，慕容皝自称燕王，创建政权，史称前燕，定都大棘城，之后又迁都龙城。在位期间，慕容皝对内平定内乱，对外击败宇文部和段部、后赵、高句丽，威震北方。352年，其子慕容俊继燕王位，并称帝，这时的前燕逐渐摆脱了东晋，灭了冉魏，迁都邺城，与前秦、东晋形成三国鼎立。慕容俊病死后，三子慕容炜登基，在慕容恪辅佐下国势强盛，慕容恪病逝后由慕容评辅政，国势走向衰落，且将慕容垂逼走。这慕容垂和慕容恪可是一代名将，声名显赫，特别是慕容垂，在枋头之战中将枭雄桓温打得落花流水。慕容垂原3．用打点计时器测量瞬时速度测量瞬时速度的方法(如图1所示)根据D、F两点的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点间的平均速度ΔxΔt.用这个平均速度代表纸带经过E点的．图1瞬时速度4．速度—时间图象在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的，用横坐标表示，根据表中各时刻的速度．将作为一组坐标在图象中，将点连线后得出的图象称为速度—时间图象(v－t图象)．位移v、t时间描点探究归纳一、打点计时器的原理及使用典例1打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了()A．物体运动的时间B．物体在不同时刻的位置C．物体在不同时间内的位移D．物体在不同时刻的速度解析电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02s在纸带上打一个点．因此，根据打在纸带上的点迹，可直接反映物体的运动时间．因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置．虽然用刻度尺量出各点迹间的间隔，可知道物体在不同时间内的位移，再根据物体的运动性质可算出物体在不同时刻的速度，但这些量不是纸带上的点迹直接记录的．综上所述，正确的选项为A、B.答案AB针对练习1器打出的纸带，下列叙述中正确的是()A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动B．点迹变稀，说明纸带做加速运动C．点迹变密，说明纸带做加速运动D．相邻两点间的时间间隔相等ABD解析打点计时器的振针打点的频率一定(50Hz)，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密．二、应用纸带计算平均速度和瞬时速度典例2一同学利用打点计时器打出的纸带分析小车的运动速度时，从几条纸带中选出了一条不很完整的纸带，如图2所示．纸带上有六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位是厘米．图2(1)计算0～6点之间的平均速度；(2)打点计时器打第4个点时小车的瞬时速度接近多少？思路点拨平均速度可由v＝ΔvΔt求出，求瞬时速度时，应当取包含该点的尽可能短的时间间隔，由平均速度代替瞬时速度．解析(1)0到6点间的平均速度为：v＝ΔxΔt＝2.80＋4.40＋5.96＋7.57＋9.10＋10.716×(0.02×5)×10－2m/s＝0.676m/s≈0.68m/s(2)当打点计时器打第4个点时，小车的瞬时速度应当最接近于3～5点间的平均速度，则v4＝Δx35Δt35＝7.57＋9.102×(0.02×5)×10－2m/s＝0.834m/s≈0.83m/s答案(1)0.68m/s(2)0.83m/s三、实验数据的处理典例3汽车沿平直公路行驶，小明坐在驾驶员旁边注视速度计，并记下间隔相等的各时刻的速度值，如下表所示：t/s05101520253035404550v/(km·h－1)20304050505050352050根据小明的记录内容，试完成下列问题：(1)从表中数据得到汽车在各段时间内的特点：在0～15s内，汽车的速度在变化，时间每经过5s速度增大__________km/h；在15～30s内汽车速度不变，速度大小为__________km/h；在30～45s内汽车速度在变化，每5s速度减小______km/h.(2)请根据表格中的数据，画出对应的v－t图象．(3)如果认为在0～15s内速度变化是均匀的，你能在图象中找出汽车在7.5s时的速度值吗？解析根据小明记录的各个时刻的速度，首先在速度—时间坐标系中描出对应点，连接各点得到速度图象．(1)分析小明记录的数据不难得出答案为105015.(2)描点画图后，v-t图象如右图所示．(3)能，35km/h答案(1)105015(2)见解析(3)能35km/h四、v－t图象的理解和应用典例4在节假日期间，你可能到公园或游乐场玩过蹦如图3所示，是一名同学某次从蹦床跳起后的v－t图象，已知t2＝2t1，结合你的体会和经历，分析下列问题：(1)他的速度大小是如何变化的？(2)哪段时间是上升的，哪段时间是下降的？(3)从图象中可以看出，是选上升过程的速度方向为正方向，还是选下降过程的速度方向为正方向？(4)他在t2时刻回到蹦床上了吗？图3解析(1)在0～t1时间内速度由v0逐渐减小到零，在t1～t2时间内速度由零增大到v0.(2)速度由初速度v0减小到零的过程是上升过程，所对应的时间为0～t1；速度由零增大到v0的过程是下降过程，所对应的时间为t1～t2.(3)从图象中可以看出，上升过程速度为正，下降过程速度为负，因此，是选定上升过程的速度方向为正方向．(4)由于上升过程与下降过程是对称的，故t2时刻刚好回落到蹦床上．答案见解析答案见解析A．物体A做加速直线运动B．物体B做减速直线运动C．物体A的加速度为正值，B的加速度为负值，所以A的加速度大于B的加速度D．物体B的速度变化比A的速度变化快图4针对练习2如图4所示是A、B两个物体做直线运动的速度图象，下列说法正确的是（）A．物体A做加速直线运动B．物体B做减速直线运动C．物体A的加速度为正值，B的加速度为负值，所以A的加速度大于B的加速度D．物体B的速度变化比A的速度变化快解析由两物体的速度图象可知，两物体速度的绝对值都在增大，都在做加速运动．物体A的速度方向为正，图线的斜率为正，说明A向正方向做加速运动；物体B的速度方向为负，图线的斜率为负，说明B向负方向做加速运动．物体A加速度的绝对值为1m/s2，物体B加速度的绝对值为2m/s2，所以B的加速度大小大于A的加速度大小，从而B的速度变化比A的速度变化快．答案AD课时作业1．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BC2．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点痕的说法正确的是()A．点痕记录了物体运动的时间B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状D．点在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况解析打点计时器打下的点记录了物体的位置，而点的个数又记录了物体运动的时间，点间的距离记录了物体运动的位移，故可反映物体的运动情况．ABD3．一物体做直线运动的图象如图5所示，则该物体()A．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相同B．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相反C．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相同D．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相反图5解析根据图象可知，物体速度先增大后减小，即先做加速运动，后做减速运动．由于图线在时间轴上方，速度方向都为正，方向相同，故选项A正确．A4．某物体的运动规律如图6所示，下列说法中正确的是()图6A．物体在第1s末运动方向发生变化B．第2s内、第3s内的速度方向是相同的C．物体在第2s内返回出发点，向反方向运动D．在这7s内物体的位置始终不会为负值解析物体在第1s末运动方向没有发生变化，A错；第2s内、第3s内的速度方向是相反的，B错；物体在第2s内位移变大，向正方向运动，C错；物体做的是往复运动，故物体的位置始终不会为负值，D项正确．答案D5．在图7所示的v－t图中，A、B两质点同时从同一点在一条直线上开始运动，运动规律用A、B两图线表示，下列说法正确的是()A．t＝1s时，B质点运动方向发生改变B．t＝2s时，A、B两质点间距离一定等于2mC．A、B同时从静止出发，朝相反的方向运动D．在t＝4s时，A、B相遇图7解析质点的运动方向发生改变，即速度的正负发生变化，显然是在t＝2s时B质点改变运动方向，选项A错误；t＝2s时，质点A的位移是1m，质点B的位移是－1m，两质点间距离一定等于2m，选项B正确；由题图可知，t＝0时，A、B两质点的速度v＝0，此后2s内，vA0，vB0，故选项C正确；t＝4s时，两质点速度相等，并非位移相等(相遇)，选项D错误．答案BC6．使用电火花计时器来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．安装好纸带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________．答案ABDEC7．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况．在这一实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有(1)________________________________；(2)________________________________．A．拉住纸带，将小车靠近打点计时器，放开纸带，再接通电源．B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路．C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码．D．取下纸带．E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔．将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上．______________________________________________答案(1)A中应先接通电源，再释放纸带(2)D中取下纸带前应先断开电源顺序BECAD8．用气垫导轨和数字计时器能够更精确地测量物体的瞬时速度．如图8所示，滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.29s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11s，已知遮光条的宽度为3.0cm，试分别求出滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小．图8解析滑块通过光电门的时间极短，可以用短程内的平均速度来表