高中物理第1章 物体运动的描述本章综合与测试导学案

这是一份高中物理第1章 物体运动的描述本章综合与测试导学案，共8页。

[学习目标] 1.学会安装、使用打点计时器.2.掌握测瞬时速度的方法，会利用纸带求瞬时速度．
一、打点计时器的使用
1．把打点计时器固定在水平桌面上．
2．安装纸带．
3．把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接6～8 V低压交流电源，电火花打点计时器接220 V交流电源)．
4．启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出若干个点．随后立即关闭电源．
二、平均速度、瞬时速度的测量
1．平均速度的测量
(1)取纸带上能够看清的某一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用1,2,3…标出这些计数点，则两相邻计数点之间的时间间隔Δt＝0.10 s.
(2)用刻度尺测量出各计数点到起始点的距离．
(3)计算两相邻计数点间的位移s.
(4)利用公式eq \x\t(v)＝eq \f(s,t)计算纸带上各相邻计数点间的平均速度．
2．瞬时速度的测量
当t较小时，用eq \x\t(v)＝eq \f(s,t)来表示纸带上这一段中打某点时物体的瞬时速度，例如，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝eq \f(s,t).(如图1所示)
图1
三、描绘物体的v－t图像
1．根据v＝eq \f(s,t)计算出在s这一段位移内某一点的瞬时速度，将数据填入表中．
2．建立平面直角坐标系，如图2，根据测量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，即得到物体运动的v－t图像．
图2
四、注意事项
1．打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置.
2．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．为减小实验误差，1、2、3、4…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T＝0.10 s.
4．计算某计数点的瞬时速度时，一般地s、t应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝eq \f(sn＋sn＋1,2T).
5．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在坐标平面中央．
6．利用描出的点作v－t图像时，不要将相邻的点依次相连成折线，而应使大多数点在直线(或曲线)上，不在线上的点均匀分布在直线(或曲线)两侧，个别离线较远的点舍去．
一、打点计时器的原理及使用
(2021·新乡市高一检测)(1)打点计时器是记录做直线运动物体的________和________的仪器．电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是________，电火花打点计时器靠电火花和墨粉打点，当交流电源的频率为50 Hz时，它每隔________秒打一个点．
(2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是________．
A．把打点计时器固定在水平桌面上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔
B．把打点计时器与6～8 V低压交流电源相连
C．用手水平地拉动纸带，然后启动电源
D．关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离s0，用公式v＝eq \f(s0,t)计算纸带运动的平均速度
答案 (1)时间 位移 220 V 0.02 (2)BC
解析 (1)打点计时器是记录运动物体时间和位移的仪器，均使用交流电源，电火花打点计时器的工作电压是220 V，当交流电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一个点．
(2)电火花打点计时器使用220 V交流电源，故B错误；实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误．
二、瞬时速度的测量
(2020·青岛市高一期中)如图3所示是一条由打点计时器打出的纸带，电源频率为
50 Hz,0、1、2、3、4、5、6是七个计数点．每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示．
图3
(1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格．
(2)在图4直角坐标系中画出运动物体的速度－时间图像．
图4
答案 (1)0.40 0.69 (2)见解析图
解析 (1)由于相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以图中相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，则v2＝eq \f(0.09－0.01,0.1×2) m/s＝0.40 m/s，v4＝eq \f(0.228－0.09,0.1×2) m/s＝0.69 m/s.
(2)根据(1)表格中数据在直角坐标系中描点，然后连线得到v—t图像如图所示．
三、利用光电门测瞬时速度
如图5所示，当滑块通过光电门时，光电计时器记录了遮光条通过光电门的时间，而遮光条的宽度d已知，且非常小．由于滑块通过光电门的时间Δt非常短，在这段时间内滑块的运动可以近似看成匀速直线运动，所以可认为遮光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的平均速度，即v＝eq \f(d,Δt).
图5
用如图6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 mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.04 s.
图6
(1)则滑块经过光电门位置时的速度大小为________．
(2)为使eq \f(Δs,Δt)更接近瞬时速度，正确的措施是________．
A．换用宽度更窄的遮光条
B．换用宽度更宽的遮光条
C．提高测量遮光条宽度的精确度
D．使滑块的释放点更靠近光电门
答案 (1)0.1 m/s (2)A
解析 (1)v＝eq \f(d,Δt)＝eq \f(4×10－3,4×10－2) m/s＝0.1 m/s
(2)瞬时速度表示运动物体在某一时刻(或经过某一位置时)的速度，当Δt→0时，eq \f(Δs,Δt)可看成物体的瞬时速度，Δs越小，Δt也就越小，A项正确，B项错误；提高测量遮光条宽度的精确度，不能减小Δt，C项错误；使滑块的释放点更靠近光电门，滑块通过光电门时的速度可能更小，时间更长，D项错误．
1．(2021·定远育才学校月考)(1)电磁打点计时器使用的电源是____________(填“交流6～8 V”或“交流220 V”)电源，实验室使用我国民用电(频率50 Hz)时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为________ .
(2)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选出了一条点迹清晰的纸带，并取其中的A、B、C…七个点进行研究，这七个点和刻度尺标度对应的位置如图7所示．(打点计时器所用电源频率为50 Hz)
图7
可求出A点到D点的距离是________ cm.
(3)由实验数据可得A点到D点的平均速度是________ m/s；B点的瞬时速度是________ m/s.(结果均保留两位有效数字)
答案 (1)交流6～8 V 0.10 s (2)4.10 (3)0.14 0.13
2．(2020·昆明市黄冈实验学校期中)一打点计时器所用电源频率是50 Hz.如图8所示，纸带上的0点先通过打点计时器，0至3点之间历时________ s，位移为________ m，这段时间内纸带运动的平均速度是________ m/s，打2点时的速度是________ m/s.
图8
答案 0.06 5.40×10－2 0.9 1.05
3．图9是用打点计时器测小车瞬时速度时得到的一条点迹清晰的纸带的一部分，从0点开始按照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6…，现在量得0、1间的距离s1＝5.18 cm,1、2间的距离s2＝4.40 cm,2、3间的距离s3＝3.62 cm,3、4间的距离s4＝2.78 cm,4、5间的距离s5＝2.00 cm,5、6间的距离s6＝1.22 cm.(每0.02 s打一次点)
图9
(1) 在实验中，使用打点计时器时应先____________再____________(填“释放纸带”或“接通电源”)．
(2)根据上面的记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时小车的速度值并填在表中．
(3)根据(2)中表格，在图10中画出小车的速度－时间图像，并说明小车速度变化的特点．
图10
答案 (1)接通电源 释放纸带 (2)、(3)见解析
解析 (2)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示，打相邻两计数点的时间间隔Δt＝2×0.02 s＝0.04 s，则
打1点时：v1＝eq \f(s1＋s2,2Δt)≈1.20 m/s
打2点时：v2＝eq \f(s2＋s3,2Δt)≈1.00 m/s
打3点时：v3＝eq \f(s3＋s4,2Δt)＝0.80 m/s
打4点时：v4＝eq \f(s4＋s5,2Δt)≈0.60 m/s
打5点时：v5＝eq \f(s5＋s6,2Δt)≈0.40 m/s
将数值填入表格中：
(3)描点并连线得小车的速度－时间图像，如图所示，由图像可知，小车速度逐渐减小．
4．某同学在“测量做直线运动的物体的瞬时速度”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．相邻计数点间的距离如图11所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s．(计算结果均保留3位有效数字)
图11
(1) 在打点结束后，应先__________再________(填“取下纸带”或“关闭电源”)．
(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0.1 s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．
(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图12所示的直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．
图12
答案 (1)关闭电源 取下纸带 (2)4 (3)0.400 0.479 0.560 (4)见解析图
解析 (1) 在打点结束后，应先关闭电源，再取下纸带.(2) 每两个计数点间还有n＝eq \f(Δt,ΔT)－1＝eq \f(0.1 s,0.02 s)－1＝4个点没有标出.(3)vB＝eq \f(3.62＋4.38×10－2,2×0.1) m/s＝0.400 m/s；vC＝eq \f(5.20＋4.38×10－2,2×0.1) m/s＝0.479 m/s；vD＝eq \f(5.20＋5.99×10－2,2×0.1) m/s≈0.560 m/s.(4)图线如图所示：
5．用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量做直线运动物体的瞬时速度．如图13所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1的时间为Δt1＝0.29 s，通过光电门2的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过光电门1的速度为________m/s，通过光电门2的速度为________m/s.(结果均保留两位有效数字)
图13
答案 0.10 0.27
解析 由于滑块经过光电门时遮光条的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光条挡光时间内的平均速度表示．
经过光电门1的速度v1＝eq \f(d,Δt1)＝eq \f(3.0×10－2,0.29) m/s≈0.10 m/s，经过光电门2的速度v2＝eq \f(d,Δt2)＝eq \f(3.0×10－2,0.11) m/s≈0.27 m/s.位置
0
1
2
3
4
5
6
…
s/m
t/s
v/(m·s－1)
v1
v2
v3
v4
v5
数值/(m·s－1)
0.20
0.61
0.70
位置
1
2
3
4
5
v/(m·s－1)
位置
1
2
3
4
5
v/(m·s－1)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
vB
vC
vD
vE
vF
数值(m/s)
0.640
0.721