人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案设计

这是一份人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度学案设计，共4页。

1．了解两种打点计时器的结构和工作原理，学会安装和使用。
2．理解根据纸带测量速度的原理，学会粗略测量瞬时速度。
3．理解速度—时间图象的意义，掌握描点法画图象的方法。
重点：1．打点计时器的使用。
2．由纸带计算物体运动的瞬时速度。
3．画物体的速度—时间图象。
难点：1．对纸带数据的处理。
2．图象的画法及对图象理解。
自主学习：
（一）打点计时器
电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，其结构如图所示。它的工作电压是4～6V。电源频率是50Hz时，它每隔O．02s打一个点。
电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，其结构如图所示。使用时，墨粉纸盘套在低盘轴上，并夹在两条纸带之间。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴产生火花放电。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz时，它每隔O．02s打一次点。
如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。
电火花计时器原理：
（二）练习使用打点计时器
（步骤详见课本P22）
〖思考与讨论〗
注意事项：
①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。
②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。
③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。
④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。
（三）用打点计时器测量瞬时速度
测量方法：某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示。
说明：理论上讲如果这两点离E点越接近（即Δt越短），这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是实际操作时距离太小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。
（四）用图像表示速度（直线运动）
为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。
1．v-t图象的画法
以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。
思考：怎样画出速度—时间图象？为什么要用平滑的曲线“拟合”？
2．v-t图象的信息）
⑴任一时刻速度的大小和方向
⑵速度的变化情况及相应的时间
例题
【例1】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，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ ）
A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度
解析：从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔为0.02s.故A选项正确。
用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。故B选项正确。
从纸带上不能直接得到加速度、平均速度，只可以间接计算。故C、D选项错误。
答案：AB
【例2】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，振针每隔0.02 s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一个点来处理的．则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?
解析：当电源频率低于50 Hz时，实验中实际时间间隔大于0.02 s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用0.02 s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大．
点评：有关实验误差的分析对学生来说是一个难点，突破方法是根据实验原理分析，同学们应该仔细体会，理解．
【例3】用同一底片对着小球运动的路径每隔0.1 s拍一次照，得到的照片如图1－4－4所示．求小球的平均速度．
图1－4－4
解析：根据题意，小球从1 cm到6 cm位置，位移s＝5 cm，所用时间t＝0.3 s，平均速度v＝s／t＝0.17 m／s．
点评：本题初看是一新情景的题，经分析可看出本题的做法与利用打点计时器打出的纸带进行数据处理的方法一致．题目不难，学生能很快求出平均速度．所以培养学生的迁移能力是非常重要的．
【例4】如图1－4－5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．求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线．
解析:(1)1点是0、2间的中间时刻，求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出．0和6两个点的瞬时速度不便求出．然后画出速度一时间图线．注意相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s．即:v1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/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
根据第一问计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图1－4－6所示．
图1－4－5
图1－4－6
作业：
1.图1—4—7为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是…………( )
图1—4—7
A.打点计时器接在直流电源上 B.电源电压不够大
C.电源频率不够大 D.振针压得过紧
2.甲、乙两物体的v－t图象如图l－4－8所示，则 ………（ ）
图1—4—8
A．甲、乙两物体都做匀速直线运动
B．甲、乙两物体若在同一直线上，就一定会相遇
C．甲的速率大于乙的速率
D．甲、乙两物体即使在同一直线上，也不一定会相遇
3.某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验中，
让重锤自由下落，打出的一条纸带如图1—4—9所示，图中直尺的
单位为cm，点O为纸带上记录到的第一点，点A、B、C、D……依
次表示点O以后连续的各点。已知打点计时器每隔T=0.02 s打一个点。
图1—4—9
（1）打点计时器打下点G时重锤的速度可用表达式vG=____________进行计算，式中各量的意义是________________________________________________
（2）用上式计算出打下点G时重锤的速度为vG=____________m/s
5 在“用打点计时器测速度”的实验中，某次实验中的纸带如图1－4－10所示，取O为起点位置，每隔5个间隔为一个计数点，实验使用的电源是50 Hz的低压交流电源，其中OA＝0.60 cm，OB＝2.40 cm，OD＝9.60 cm．则OC距离是________cm，在B计数点处的瞬时速度v8＝________m／s．（图中单位为cm）
图1—4—10

答案:
1.CD;2.ACD;3.(1)，FH表示F、H两点间的距离,vG= 1.30 m/s;4. 6.00,0.54。

电磁打点计时器
电火花计时器
电源电压
电源频率
特 点