高中物理人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案及答案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案及答案，共5页。学案主要包含了考点自学，实验器材，实验步骤，数据处理，注意事项和误差分析等内容，欢迎下载使用。
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一、考点自学
一、实验原理
1．两种打点计时器(电磁打点计时器和电火花计时器)在接通50 Hz的交流电源时，打点时间间隔都是0.02 s.
2．当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，纸带上各点之间的间隔就表示相应时间间隔中物体的位移，根据平均速度的定义式eq \x\t(v)＝eq \f(Δx,Δt)，当Δt很短时，可以认为eq \f(Δx,Δt)等于t时刻的瞬时速度．
二、实验器材
打点计时器(电磁打点计时器或电火花计时器)、纸带、刻度尺、交流电源、导线等．
两种打点计时器的比较：
三、实验步骤
1．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，压在复写纸的下面．
2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源的接线柱相连接．
3．打开电源开关，用手水平地拉动纸带使它在水平方向上运动，纸带上就打下了一系列点．
4．关闭电源，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，那么点的间隔数为n－1个，纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s.
5．用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx.
6．利用公式eq \x\t(v)＝eq \f(Δx,Δt)，计算出纸带在这段时间内的平均速度．
7．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明A、B、C、D…，如图所示，测出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3….
四、数据处理
1．表格法
打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为：
vA＝eq \f(x1＋x2,2T)、vB＝eq \f(x2＋x3,2T)、vC＝eq \f(x3＋x4,2T)，vD＝eq \f(x4＋x5,2T)…
把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。
2．图象法
(1)图象的描绘：以速度v为纵轴、时间t为横轴，在方格纸上建立直角坐标系．根据测得的速度值在坐标系中描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到了一条能够描述纸带运动的速度v与时间t关系的图象．称为速度—时间图象，简称速度图象，即v-t图象．
(2)v-t图象的意义
v-t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹．
(3)v-t图象中反映的物理量
①任一时刻瞬时速度的大小。
②速度的方向。速度为正，表示物体沿规定的正方向运动，
速度为负，表示物体沿规定的正方向的反方向运动．
③从v-t图象上可以直观的看出速度随时间的变化情况
④匀速直线运动的图象是一条平行于t轴的直线
五、注意事项和误差分析（略）
二、典例分析：
题型一、打点计时器的原理及使用
例1、电磁打点计时器是一种使用___________电源的计时仪器，它的工作电压为________，当电源频率为50 Hz时，它每隔________s打一次点．使用电磁打点计时器时，应将纸带穿过______，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的________面；应把__________电源用导线接在接线柱上；打点时应先________，再让纸带运动．
题型二、纸带的测量、分析和计算
例2、 如图所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02 s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔一点选定的计数点．根据图中标出的数据，纸带上A、C两点对应的时间为______s，纸带在A、D间的平均速度为______cm/s，打B点时纸带的瞬时速度为______cm/s，你能求出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？答：____ ______ _____.
变式练习：打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图145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.
题型三、利用v一t图象判断物体的运动
例3、 图是甲、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5 m/s的初速度与甲物体同向运动
C．物体甲在最初3 s内的位移为30 m
D．物体乙的运动方向在1 s时发生变化
变式练习：某物体的vt图象如右图所示，则该物体( )
A．做往复运动 B．做匀速直线运动
C．朝某一方向做直线运动 D．以上说法均不正确
三、堂堂清练习：
1．当纸带与运动物体连接时，打点计时器接通频率恒定的电源，在纸带上打出一系列点迹．下列关于纸带上点迹的说法中，正确的是( )
A．点迹越密集，说明物体运动越快 B．点迹越密集，说明物体运动越慢
C．点迹越密集，说明振针打点越快 D．点迹越密集，说明振针打点越慢
2．一同学做实验时，发现纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是( )
A．交流电压不稳定 B．打点计时器接在直流电源上
C．电源频率不稳定 D．振针压得过紧
3．质点做匀速直线运动，从O点经时间t1到达A点，如图所示的图象中，能正确表示该质点运动图象的是( )
四、日日清练习
1．接通电源与让纸带随物体运动，这两个操作的先后次序应当是( )
A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带的同时接通电源 D．先释放纸带或先接通电源都可以
2.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们不用公式计算可以从纸带上直接得到的物理量是（ ）
A.时间间隔B.位移
C.瞬时速度D.平均速度
3．利用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．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
4.在一次实验中,某同学不知道所使用的交流电源的实际频率已超过50 Hz,那么,他计算出来的瞬时速度值与真实值相比 ( )
A.偏大 B.偏小
C.相等 D.不能确定
5．一枚小火箭由地面竖直向上发射时的速度—时间图象如图所示，则火箭上升到最高点位置时对应图中的( )
A．O点 B．A点
C．B点 D．C点
6．使用电火花打点计时器分析物体运动情况的实验中：
(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________．
A．把电火花打点计时器固定在桌子上 B．安放纸带
C．松开纸带让物体带着纸带运动 D．接通220 V交流电源
E．按下脉冲输出开关，进行打点
(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上，还要检查________是否夹在纸带之间．
7．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹．下列关于纸带上点迹的说法中正确的是( )
A．点迹记录了物体运动的时间
B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状
D．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
8．在研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每隔4个点取一个计数点，试根据纸带求解以下问题：
(1)纸带的哪一端与物体相连？
(2)相邻计数点间的时间间隔是多少？
(3)BD段对应的平均速度是多大？
(4)打C点的瞬时速度大小？
9．如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，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．
(1)求出1、2、3、4、5各计数点的瞬时速度；
(2)画出速度—时间图．(必须用铅笔、直尺作图)
§1.4实验：用打点计时器测速度（学案）答案
例1、交流 、6V以下 、0.02s 、限位孔 、上 、低压交流 、接通电源
例2 、0.08 、231.25 、 212.50 、不能
变式练习 、0.35 、0.42 、0.35
例3 、BC
变式练习 、C
堂堂清
1、B 2、D 3、BC
日日清
1、A 2、AB 3、BC 4、B 5、D
6、ABDEC 、纸盘轴 、墨粉纸盘
7 、ABD
8 、答案：(1)左端 (2)0.1 s (3)1.861 m/s (4)1.861 m/s
9 、（1） v1＝0.20 m/s，
v2＝0.40 m/s，
v3＝0.61 m/s，
v4＝0.69 m/s，
v5＝0.70 m/s.
(2) 以O点为坐标原点建立直角坐标系．横坐标表示时间，纵坐标表示速度．根据上面计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到速度—时间图象如图所示．
电磁打点计时器
电火花计时器
电源种类
6V以下低压交流电源
220 V交流电源
打点频率
打点时间间隔0.02 s、
频率50Hz
打点时间间隔0.02 s、
频率50Hz
打点方式
振针通过复写纸在纸带上打点
火花放电使墨粉在纸带上成点
阻力来源
纸带与限位孔的摩擦；
振针与纸带打点接触时的摩擦
纸带与限位孔的摩擦；
摩擦阻力比电磁打点计时器小
电火花计时器比电磁打点计时器更精确，实验误差小。
位置编号
1
2
3
4
5
6
(Xn+Xn+1)/m

v/(m/s)