高一物理-必修一第一章第四节-用打点计时器测速度

第一章运动的描述4、实验：用打点计时器测速度一`两种打点计时器电磁打点计时器电火花计时器直流？交流？1、电磁打点计时器（1）原理（2）构造（3）工作电压：6V以下课时4实验：用打点计时器测速度课前导航1.电磁打点计时器图4－1所示是电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号及名称．图4－12、电火花计时器（1）构造：（2）原理：脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电（3）工作电压：220V尖端放电当给电磁打点计时器通电后，线圈产生磁场，放在线圈中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动起来．当交变电流的频率是50Hz时，电磁打点计时器的振针每0.02s打下一个点．2．电火花计时器图4－2所示是电火花计时器的构造图．图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称见图．图4－2电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显示出点迹的计时仪器．当电源的频率是50Hz时，它的脉冲放电周期也是0.02s，即每隔0.02s打下一个点．请你思考：1．为什么打点计时器不能使用直流电源？2．假设交流电源的频率不是50Hz，而是60Hz，打点计时器还是每隔0.02s打一个点吗？这时它将每隔多长时间打下一个点？知识精析一、计时器的使用1．电磁打点计时器的使用(1)用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面．通电，振片带动振针打点．若纸带运动，其上就会留下一行小点．(2)如由物体带动纸带运动，物体的位移就对应为纸带上相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算．2．电火花计时器的使用(1)使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔．当接通电源、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，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．(2)这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小．二、用打点计时器测量瞬时速度图4－31．根据平均速度的定义式v＝ΔxΔt，当Δt很短时，可以认为ΔxΔt表示t时刻的瞬时速度．2．图4－3所示为用打点计时器打出的一条纸带，相邻两点间的时间间隔为T，则A、B、C三点对应的速度为：vA＝x1＋x22T，vB＝x3＋x42T，vC＝x4＋x52T.方法指导一、纸带的处理方法例1打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图4－5所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.解析由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s，A、C间的距离为14mm＝0.014m，A、D间的距离为25mm＝0.025m.由公式v＝得，vAC＝m/s＝0.35m/svAD＝m/s≈0.42m/sB点的瞬时速度更接近于0.35m/s.答案0.350.420.35点评求某点瞬时速度时，我们应取此点两侧靠近此点的两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好．二、实验误差分析例2某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图4－6所示，这可能是因为()图4－6A．打点计时器错接在直流电源上B．电源的电压不稳C．电源的频率不稳D．振针压得过紧解析正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点．当振针与复写纸的距离过大时，振针可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点．当振针与复写纸的距离过小时，振针就会有较长的时间与复写纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段．答案D三、v－t图象的应用例3图4－7是甲、乙两物体运动的速度图象，下列说法正确的是()A．物体甲处于静止状态B．物体乙刚开始时以5m/s的速度与甲物体同向运动C．物体乙在最初3s内的位移是10mD．物体乙在最初3s内的路程是10m解析甲速度图象是平行于t轴的直线，因此甲做匀速直线运动，选项A错误；乙物体在第1s内向正方向做速率为5m/s的匀速直线运动，第2s内静止，第3s内沿负方向做速率为5m/s的匀速直线运动，故选项B正确；乙在第1s内的位移x1＝v1t1＝5m，在第2s内的位移x2＝0，在第3s内的位移x3＝v3t3＝－5m，所以物体乙在最初3s内的位移x＝x1＋x2＋x3＝0，故选项C错误；物体乙在最初3s内的路程l＝|x1|＋|x2|＋|x3|＝10m，故选项D正确．答案BD打点频率相同1.打点方式不同电磁打点计时器：利用振动的振针打点电火花计时器：利用火花放电打点2.电源电压不同电磁打点计时器：6V以下交流电电火花计时器：220V交流电3.振针打点时与纸带接触，会对纸带产生阻碍作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动两种电磁打点计时器的共同点与不同点一同学在使用打点计时器时，纸带上点不是圆点而是一些短线，这可能的原因是（）A．接在直流电源上B．电源电压不稳C．电源频率不稳D．打点针压得过紧解析：A．接在直流电源上不会打点。A错。B．打点与电压是否稳定无关，点痕重轻与电压有关。B错。C．频率不同打的点仍为圆点。故C错。D．打点针压得过紧。针和纸接触时间长，打出一些短线。D正确。答案：D3、打点计时器的作用（1）测时间(电源频率50Hz，每隔___秒打一个点)（2）测位移（3）研究纸带→研究物体运动1、操作步骤（1）固定计时器（2）穿纸带（3）启动电源，拉纸带，随后立即关电源纸带处理：1.判断物体的运动规律ABCD纸带的处理——2.测平均速度△t＝？△x＝？疏密与速度的关系（1）需测量的量：（2）关系式：2.计算变速直线运动中某段的平均速度0ABCDEX1X2X3X4X5XⅠXⅡXⅢXⅣXⅤTXtXXVAB12TXtXXVVDE45△t/S△x/m2-40-23-42-31-20-1区间表1手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度)/(1smv012343.计算变速直线运动中某点的瞬时速度0ABCDEBDBDCtXV3.如何测出E点的瞬时速度？DFDFDF原则：准确性可行性0123△x0△x1△x2△x3表2手拉纸带在几个时刻的瞬时速度位置0123t/sv/s如图是研究匀变速直线运动实验中打点计时器打出的纸带，每5个打点选一个计数点，各计数点对应在刻度尺上的示数已在图中示出，单位是cm，交流电源50Hz。计数点间隔时间为T=，Vc=，0.10s0.20m/s四、用图象表示速度在表格中我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度.要想形象的了解纸带的速度变化规律我们还要借助于图象。t/sv/(m·s-1)0t/sv/(m·s-1)0v-t图象：1.能读出速度V、时刻t的对应关系2.观察出速度V随时间t的变化关系3.能判断物体的运动规律tOVtOV1、图像特点：直观2、常用作图法（1）描点作图（2）据函数关系式作图3、作图步骤（1）建系（2）描点（3）作图少了什么？1、图像特点：直观2、常用作图法（1）描点作图（2）据函数关系式作图3、作图步骤（1）建系（2）描点（3）作图4、速度－时间图像（v-tgraph）手是如何运动的？某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点（如图1.4-4所示）。其相邻点间的距离如图中所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s。（1）试根据纸带上各个计数点间的距离，每个0.10s测一次速度，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表(要求保留3位有效数字)(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。BvCvDvEvVBVCVDVEVF数值0.4000.4790.5600.6400.721单位：m/st3五、速度I时间图象0tvt1v1t2v-t图象中速度的正负表示物体的运动方向试分析物体的运动情况练习0tv一物体的v-t图如下所示，则下列说法正确的是A.物体做曲线运动B.物体做直线运动C.物体做往复运动D.物体一直向一个方向运动1．以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法在坐标系中描出物体在各个时刻的速度，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，叫速度—时间图象．2．速度—时间图象反映了物体的速度随时间变化的规律．根据速度—时间图象可以作出哪些判断或得出哪些结论？(1)读出物体在某时刻的速度或物体的某一速度所对应的时刻．在右图中，0时刻的速度为v0，t时刻的速度为vt.(2)求出物体在某段时间内速度的变化量或物体发生某一速度变化所经历的时间．在图中，0～t时间内速度的变化量为Δv＝vt－v0.(3)判断运动方向．根据速度的正、负判断运动方向，速度为正，表示物体沿正方向运动；速度为负，表示物体沿负方向运动，在下图中，0～t3时间内物体沿正方向运动，t4～t6时间内，物体沿负方向运动．(4)比较物体速度变化的快慢．在v－t图象中，直线的倾斜程度(斜率)反映了物体速度改变的快慢，倾斜程度越大，表示速度改变得越快，倾斜程度越小，表示物体的速度改变得越慢，直线不倾斜(平行于时间轴)，表示物体的速度不变．在应用v－t图象时，要注意避免下列几种常见的错误：①把v－t图象和x－t图象混淆不清．例如：把v－t图象中两条直线的交点误认为相遇，在v－t图象中根据直线向上倾斜、向下倾斜判断运动方向等等．②把v－t图象误认为是质点的运动轨迹．1.运动的物体带动纸带被打点计时器打上一系列的点,这些点的距离不一定相等,但这些点能说明A．运动物体在一段时间内的位移B．运动物体在一段时间内的运动快慢C．运动物体在某时刻的位置D．运动物体的运动性质(ABCD)2.通过打点计时器得到的一条纸带上的点子不均匀,下列判断正确的是A．点子密集的地方物体的运动速度比较大B．点子密集的地方物体的运动速度比较小C．点子不均匀说明物体在做变速运动D．点子不均匀说明打点计时器有故障(BC)3.在你练习使用打点计时器时,小车拖动纸带并在上面打下一系列的小点,根据你所打出纸带,在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时A．应通过测量纸带表示的运动的全程来判断？B．必须通过计算任意两点间的平均速度来判断C．必须通过计算全程的平均速度来计算D可以通过测量每相邻两点间的距离,看其是否相同来判断(D)1.利用纸带可以直接测出的物理量：___________2.利用纸带可以间接测出的物理量：___________3.故障分析：打点不清晰（不打点）：___________________打出短线：_______________________________打双点：_________________________________4.遇到下列情况，纸带会有什么现象：手拉动太慢：_____________________手拉动太快：________________电源频率不稳：__________________错接在直流电源上：_________________时间、位移平均速度（精确）、瞬时速度（粗略）电压太低、振针太高电压太高、振针太低、手拉动太快振针松动点迹太密，连成一条线打出短线点迹的时间间隔不同打出的是一条直线0123△x0△x1△x2△x3计数点：我们一般每5个点取一个计数点。0123△x0△x1△x2△x3表2手拉纸带在几个时刻的瞬时速度位置0123t/s00.10.20.3v/(m/s)二、用图象表示速度t/sv/(m·s-1)0t/sv/(m·s-1)0v-t图象包含的内容：1.能读出速度V、时刻t的对应关系2.观察出速度V随时间t的变化关系3.能判断物体的运动规律tOVtOV匀速直线运动加速直线运动纸带处理：1.判断物体的运动规律ABCD0tvv-t图象中速度的正负表示物体的运动方向试分析物体的运动情况t1v1t3t2t4t5v2练习0t