2019-2020学年高中物理 第一章 第4节 实验：用打点计时器测速课件 新人教版必修1

第一章运动的描述第4节实验：用打点计时器测速度一、实验目的1．了解打点计时器的结构、原理及使用方法．2．学会用打点计时器测量物体的速度．3．能利用v－t图象分析实验数据，描述物体的运动．二、实验原理1．打点计时器的原理及使用电火花计时器电磁打点计时器结构图示工作电压220V交流电6V以下交流电打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动打点周期0.02s0.02s记录信息位移、时间2.测平均速度、瞬时速度的原理：跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体在不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移Δx.打两个点的时间可用Δt＝(n－1)×0.02s求得，则平均速度v－＝ΔxΔt，当Δt很短时，可以认为ΔxΔt为t时刻的瞬时速度．三、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等．四、实验步骤1．了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上．2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与6V的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面．3．接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源．4．取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n个点，则用Δt＝0.02×(n－1)s计算出纸带的运动时间Δt.5．用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx，利用公式v－＝ΔxΔt计算纸带在这段时间内的平均速度．把测量和计算的结果填入表中．记录项实验次数点数n点划分出的间隔数n－1运动时间Δt/s位移Δx/m平均速度v－/(m·s－1)12五、数据处理1．用打点计时器测量瞬时速度(1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带．(2)从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.1s．在纸带上用O、A、B、C、D、…标出这些“计数点”，如图所示．用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD、…的距离是s1、s2、s3、s4、…，再利用x1＝s1、x2＝s2－s1、x3＝s3－s2、…确定出OA、AB、BC、CD、…之间的距离x1、x2、x3、x4、….(3)A、B、C、D、…各点的瞬时速度分别为vA＝x1＋x22T、vB＝x2＋x32T、vC＝x3＋x42T、vD＝x4＋x52T、….2．用v－t图象描述物体的速度(1)v－t图象的画法：用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图所示的v－t图象．(2)v－t图象的意义：v－t图象非常直观地表示速度随时间变化的情况，它不是物体运动的轨迹．(3)图象法是处理实验数据的常用方法．运用图象处理数据有许多优点，如可以使物理规律直观易懂，可以减小误差，可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等．六、误差分析1．利用平均速度来代替计数点的瞬时速度会带来系统误差．为减小误差，应取该计数点前、后两计数点来求平均速度．2．分段测量计数点间的位移x带来误差．减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离．3．作v－t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差．七、注意事项1．实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象．2．使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．3．手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集．4．使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面．5．为了减小实验误差，计数点要每隔T＝0.1s选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即v＝xn＋xn＋12T.6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．7．对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．8．计数点间的时间Δt搞错，n个计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02s，而非Δt＝n×0.02s.实验原理和实验操作(2019·温州高一检测)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过____________，并压在________下面．C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝____________．E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点．F．利用公式v＝ΔxΔt计算纸带运动的平均速度．实验步骤的合理顺序是____________．[解析]A中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02s．合理的实验步骤为BAEDCF.[答案]交流电磁打点计时器的限位孔复写纸(n－1)×0.02sBAEDCF(1)牢记两种打点计时器的工作电压．(2)纸带应从复写纸下面穿过．(3)先打开电源开关，让计时器打点，再让纸带运动，以后的实验中也是这样．实验数据处理某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器(电源频率为50Hz)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．相邻计数点间的距离如图甲所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s．(本题计算结果均保留三位有效数字)(1)在实验中，使用打点计时器时应先________再________(选填“释放纸带”或“接通电源”)．(2)每两个计数点间还有________个点没有标出．(3)试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表．vBvCvDvEvF数值(m/s)__________________0.6400.721(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图乙直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．[解析](3)vB＝xBC＋xAB2t＝0.400m/s；vC＝xCD＋xBC2t＝0.479m/s；vD＝xDE＋xCD2t≈0.560m/s.(4)如图所示．[答案](1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.4000.4790.560(4)见解析图(1)求瞬时速度：取包含该点的尽可能短的时间间隔，应用“极限”的思想求物体的瞬时速度．如若要求纸带上B点的速度，通常是求出B点前、后相邻两点A、C间的平均速度，以此来代替B点的瞬时速度．(2)图象法：图象法是处理实验数据的常用方法，运用图象处理数据有很多优点，但在利用数据作图的过程中，由于存在偶然误差，画线时有些数据点要舍掉，以减小实验误差．画图象时应把握以下三点：①建立坐标系时，坐标原点、坐标轴表示的物理量及单位都要标注清楚．②画速度—时间图象时，要用平滑的曲线将各个点连接起来，不能画折线．③标度的选取要适当，尽量让图象占据坐标系的大部分空间．实验改进与创新用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度，已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4.0mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s，则滑块经过光电门位置时的速度大小为()A．0.10m/sB．100m/sC．4.0m/sD．0.40m/s[答案]A[解析]遮光条经过光电门的遮光时间很短，所以可以把遮光条经过光电门的平均速度当作滑块经过光电门位置时的瞬时速度，即v＝dt＝4.0×10－30.040m/s＝0.10m/s，A正确．根据遮光条的宽度Δx和测出的时间Δt，就可以算出遮光条通过光电门的平均速度v＝ΔxΔt.由于遮光条的宽度Δx很小，因此可以认为，这个平均速度就是滑块通过光电门的瞬时速度．本题属于实验器材的创新．