《(通用版)2018-2019版高考物理總復(fù)習(xí) 主題一 機(jī)械運(yùn)動與物理模型 1.1.4實驗:用打點計時器測速度學(xué)案 新人教版》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(通用版)2018-2019版高考物理總復(fù)習(xí) 主題一 機(jī)械運(yùn)動與物理模型 1.1.4實驗:用打點計時器測速度學(xué)案 新人教版(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、
1.1.4 實驗:用打點計時器測速度
一、實驗?zāi)康?
1.了解打點計時器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法
2.學(xué)會用打點計時器測量物體的速度
3.能利用v-t圖象分析實驗數(shù)據(jù),描述物體的運(yùn)動。
二、實驗原理
1.兩種打點計時器的比較
電磁打點計時器
電火花計時器
結(jié)構(gòu)示意圖
打點原理
電磁作用下振針上下周期性振動打點
脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸放電打點
工作電壓
6 V以下交流電源
220 V交流電源
打點周期
0.02 s
0.02 s
阻力來源
紙帶與限位孔、復(fù)寫紙的摩擦,紙帶與振針的摩擦
紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦,比前者小
2、功能
功能相同,都是計時儀器
2.測平均速度、瞬時速度的原理
用跟運(yùn)動物體連在一起的紙帶上打出的點記錄物體的位置,用刻度尺測出兩個計數(shù)點間的位移Δx。打兩個點的時間間隔為Δt,則=,當(dāng)Δt很短時,認(rèn)為為t時刻的瞬時速度。
三、實驗器材
電磁打點計時器(或電火花計時器)、學(xué)生電源(電火花計時器使用220 V交流電源)、刻度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等。
四、實驗過程
1.實驗步驟
(1)把電磁打點計時器固定在桌子上,紙帶穿過限位孔,把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上,并且壓在紙帶上面。
(2)把電磁打點計時器的兩上接線柱接到6 V的低壓交流電源上。
(3)接通電源開關(guān),用手水平拉動
3、紙帶,使它在水平方向上運(yùn)動,紙帶上就打下一系列點。隨后關(guān)閉電源。
(4)重復(fù)步驟(2)、(3),獲得3~5條紙帶。
(5)選擇一條點跡清晰便于分析的紙帶,舍去前面密集的點,找一清晰的點作為第1個點,往后數(shù)n個點,n個點之間的間隔數(shù)為(n-1),紙帶從打第1個點到打第n個點的運(yùn)動時間Δt=0.02(n-1) s。
(6)用刻度尺測量出第1個點到第n個點間的距離Δx。
2.數(shù)據(jù)處理
(1)計算紙帶的平均速度:從打第1個點到打第n個點,紙帶的運(yùn)動時間為Δt=0.02(n-1)s,紙帶的位移為Δx,紙帶的平均速度v=。把測量和計算的結(jié)果填入表中。
記錄項
實驗次數(shù)
點數(shù)
4、n
點劃分出的間
隔數(shù)n-1
運(yùn)動時間
Δt/s
位移
Δx/m
平均速度
v/(m·s-1)
1
2
(2)用打點計時器測量瞬時速度
①選取一條點跡清晰便于分析的紙帶。
②從能夠看清的某個點開始,每隔四個點取一個計數(shù)點,每兩個計數(shù)點間的時間間隔T=5×0.02 s=0.1 s。在紙帶上用O、A、B、C、D…標(biāo)出這些“計數(shù)點”,如圖所示。
用刻度尺依次測出OA、OB、OC、OD…的距離是s1、s2、s3、s4…,再利用x1=s1、x2=s2-s1、x3=s3-s2…確定出OA、AB、BC、CD…之間的距離x1、x2、x3、
5、x4…
③A、B、C、D…各點的瞬時速度分別為
vA=、vB=、vC=、vD=…
(3)用v-t圖象描述物體的運(yùn)動
①以速度v為縱軸,時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系。
②根據(jù)不同時刻的瞬時速度值,在坐標(biāo)系中描點。
③用平滑曲線把這些點連接起來,即得到v-t圖象。
五、誤差分析
1.利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移Δx來求平均速度。
2.測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成,即一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離,再分別計算出各計數(shù)點間的距離。
3.計數(shù)點間的時間Δt搞錯。幾個計數(shù)點間的時間間
6、隔為Δt=(n-1)×0.02 s。而非Δt=n×0.02 s。
4.作v-t圖象不用坐標(biāo)紙、尺子,坐標(biāo)單位選定的不合理,作圖粗糙帶來誤差。
六、注意事項
1.實驗前,應(yīng)將打點計時器固定好,以免拉動紙帶時晃動,并要先輕輕試?yán)垘?,?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。
2.使用計時器打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后再拉動紙帶。
3.手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些,以防點跡太密集。
4.使用電火花計時器時,應(yīng)注意把紙帶正確穿好,墨粉紙盤位于紙帶上方;使用電磁打點計時器時,應(yīng)讓紙帶穿過限位孔,壓在復(fù)寫紙下面。
5.使用電磁打點計時器時,如打出點較輕或是短線,應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。
6.打點
7、計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。
要點一 實驗原理和實驗操作
[例1] (2018·徐州高一檢測)用打點計時器可測紙帶運(yùn)動的時間和位移。下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E,按照你對實驗的理解,在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容,然后按實際操作的合理順序,將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋帯?
A.在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線,導(dǎo)線的另一端分別接在低壓________(選填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上。
B.把電磁打點計時器固定在桌子上,讓紙帶穿過________,并壓在________下面。
C.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離
8、Δx。
D.切斷電源,取下紙帶,如果共有n個清晰的點,則這段紙帶記錄的時間Δt=________。
E.打開電源開關(guān),再用手水平地拉動紙帶,紙帶上打下一系列小點。
F.利用公式v=計算紙帶運(yùn)動的平均速度。
實驗步驟的合理順序是________。
解析 A項中電磁打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源;B項中應(yīng)將紙帶穿過電磁打點計時器的限位孔,并放于復(fù)寫紙的下方;D項中紙帶上記錄的時間Δt=(n-1)×0.02 s。合理的實驗步驟為BAEDCF。
答案 交流 限位孔 復(fù)寫紙 (n-1)×0.02 s BAEDCF
要點二 紙帶的處理
[例2] 打點計時器所用交流電源的頻率為50 Hz,某次
9、實驗中得到一條紙帶,用毫米刻度尺進(jìn)行測量,如圖1所示,則紙帶在A、C間的平均速度為______ m/s,在A、D間的平均速度為______ m/s,B點的瞬時速度更接近于______ m/s。
圖1
思路指導(dǎo) 解答本題可按照下列思路進(jìn)行:
AC=
解析 A、C間的位移ΔxAC=1.40 cm,A、C間的時間間隔ΔtAC=0.04 s,所以A、C間的平均速度vAC==0.35 m/s。A、D間的位移ΔxAD=2.50 cm,A、D間的時間間隔ΔtAD=0.06 s,所以A、D間的平均速度vAD=≈0.42 m/s。A、C兩點比A、D兩點更接近B點,所以B點的瞬時速度更接近于A、C間的
10、平均速度0.35 m/s。
答案 0.35 0.42 0.35
方法總結(jié)
用=近似代替瞬時速度的條件是Δt足夠小,因此利用它求某一點的瞬時速度時,應(yīng)盡可能靠近該點取數(shù)據(jù),這樣求出的數(shù)值才可能更接近該點的瞬時速度。
要點三 數(shù)據(jù)的處理、v-t圖象
[例3] 如圖2所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分,從0點開始依照打點的先后依次標(biāo)為0、1、2、3、4、5、6…現(xiàn)在量得0、1間的距離x1=5.18 cm,1、2間的距離x2=4.40 cm,2、3間的距離x3=3.62 cm,3、4間的距離x4=2.78 cm,4、5間的距離x5=2.00 cm,5、6間的距離x6=1
11、.22 cm(頻率為50 Hz)。
圖2
(1)根據(jù)上面記錄,計算打點計時器在打1、2、3、4、5點時的速度(保留兩位小數(shù))并填在下表中。
位置
1
2
3
4
5
v/(m·s-1)
(2)根據(jù)(1)中表格,在圖3中畫出小車的速度圖象。
圖3
解析 (1)某點的瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內(nèi)的平均速度表示
打1點時:v1=≈1.20 m/s,
打2點時:v2=≈1.00 m/s,
打3點時:v3=≈0.80 m/s,
打4點時:v4=≈0.60 m/s,
打5點時:v5=≈0.40 m/s,
將數(shù)值填入表格中
位置
12、
1
2
3
4
5
v/(m·s-1)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
(2)描點并連線得小車的速度-時間圖象。
答案 見解析
1.(2018·武漢高一檢測)電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器,根據(jù)打點計時器打出的紙帶,不經(jīng)計算,通過測量可以從紙帶上直接得到的物理量是( )
A.時間間隔 B.位移
C.平均速度 D.瞬時速度
解析 時間間隔通過數(shù)紙帶上所打點的個數(shù)經(jīng)過計算得出。位移可以通過測量紙帶上所打點之間的距離得出。而平均速度或者瞬時速度都是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過計算得出。故選項B正確。
答案 B
2.(2018·
13、衡水高一檢測)關(guān)于打點計時器使用的說法正確的是( )
A.電磁打點計時器使用的是6 V以下的直流電源
B.在測量物體速度時,先讓物體運(yùn)動,后接通打點計時器的電源
C.使用的電源頻率越高,打點的時間間隔就越小
D.電源的電壓越高,打點的時間間隔就越小
解析 電磁打點計時器使用交流電源,A錯;使用打點計時器時應(yīng)先接通電源,后讓物體運(yùn)動,B錯;打點的時間間隔T=,f是電源頻率,與電源電壓的高低無關(guān),所以C正確,D錯誤。
答案 C
3.如圖4所示是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動實驗中獲得的一條紙帶。
圖4
(1)已知打點計時器電源的頻率為50 Hz,則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為__
14、______。
(2)A、B、C、D是紙帶上的四個計數(shù)點,每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點的間距x=________ cm;C點對應(yīng)的速度是________ m/s(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
解析 (1)由周期和頻率的關(guān)系T=可知:周期為0.02 s。
(2)A、B間距為0.63~0.67 cm之間,長度測量注意不要丟掉估讀位,C點瞬時速度等于B、D間的平均速度,vC= m/s=0.100 m/s。
答案 (1)0.02 s (2)0.63~0.67 0.100
4.某同學(xué)在“用打點計時器測速度”的實驗中,用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運(yùn)動情況,在紙
15、帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個測量點。其相鄰兩點間的距離如圖5所示,每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10 s。
圖5
(1)試根據(jù)紙帶上各個測量點間的距離,每隔0.10 s測一次速度,計算出打下B、C、D、E、F五個點時小車的瞬時速度,并將各個速度值填入表中(要求保留三位有效數(shù)字)。
瞬時速度
vB
vC
vD
vE
vF
數(shù)值/(m·s-1)
(2)以A點為計時起點,將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在如圖6所示的直角坐標(biāo)系中,并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線。
圖6
解析 (1)用包括某點在內(nèi)的一小段時間內(nèi)的平均速度近似代表該點的瞬時速度。各點對應(yīng)的瞬時速度如表所示。
瞬時速度
vB
vC
vD
vE
vF
數(shù)值/(m·s-1)
0.400
0.479
0.560
0.640
0.703
(2)以打A點的時刻為計時開始時刻,確定出各測量點對應(yīng)的時刻,在坐標(biāo)系中描點、連線得出圖象如圖所示。
答案 見解析
8