高中物理 第一章　運(yùn)動的描述 第4節(jié) 實驗：用打點(diǎn)計時器測速度課件 新人教必修1

1、2021/8/11 星期三14實驗：用打點(diǎn)計時器測速度1了解電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器的基本構(gòu)造及工作原理2能夠正確使用打點(diǎn)計時器3能根據(jù)紙帶分析、處理物體的運(yùn)動問題，通過紙帶計算平均速度4理解vt圖象的含義，并能利用vt圖象解決有關(guān)問題2021/8/11 星期三22021/8/11 星期三3一、認(rèn)識打點(diǎn)計時器1構(gòu)造如下圖所示是電磁打點(diǎn)計時器和電火花打點(diǎn)計時器的結(jié)構(gòu)圖，要求能夠了解各部件的名稱及作用電磁打點(diǎn)計時器電火花打點(diǎn)計時器2021/8/11 星期三42工作原理(1)電磁打點(diǎn)計時器：它是利用電磁感應(yīng)原理打點(diǎn)計時的一種儀器當(dāng)接在10 V以下(一般保證在4 V以上)的低壓交流電源上時，線圈的

2、磁場方向周期性改變，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動起來，位于振片一端的振針就跟著上下振動而打點(diǎn)，這時如果紙帶運(yùn)動，振針就在紙帶上打出一系列點(diǎn)跡振片的振動周期與電源的電流變化周期一致，當(dāng)電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點(diǎn)，即打出的紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔為0.02 s.2021/8/11 星期三5(2)電火花打點(diǎn)計時器：它是利用火花放電在紙帶上打出點(diǎn)跡的計時儀器當(dāng)接通220 V交流電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負(fù)極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動紙帶上就打出一系列點(diǎn)跡當(dāng)電源頻率為50 Hz時，它也是每隔0.02 s打一

3、次點(diǎn)，即打出的紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔也是0.02 s.類型比較電磁打點(diǎn)計時器電火花打點(diǎn)計時器所用電源46 V低壓交流220 V交流打點(diǎn)方式振針打點(diǎn)電火花打點(diǎn)時間間隔每隔0.02 s打一次點(diǎn)每隔0.02 s打一次點(diǎn)實驗誤差振針和紙帶接觸會影響紙帶運(yùn)動，誤差較大火花放電不會影響紙帶運(yùn)動，誤差較小3兩種打點(diǎn)計時器的比較2021/8/11 星期三61.對電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器的有關(guān)說法中，正確的是()A電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器都是使用交流電B兩種打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)頻率與交流電源的頻率一樣C電火花計時器在紙帶上打點(diǎn)是靠振針和復(fù)寫紙D電磁打點(diǎn)計時器在紙帶上打點(diǎn)是靠電火花和墨粉【解析】電磁打點(diǎn)

4、計時器在紙帶上打點(diǎn)是靠振針和復(fù)寫紙，電火花計時器在紙帶上打點(diǎn)是靠電火花和墨粉，所以C、D錯誤【答案】AB2021/8/11 星期三7二、用電磁打點(diǎn)計時器測量瞬時速度1測量原理(1)用打點(diǎn)計時器測量瞬時速度的方法：如下圖所示，測量出包含E點(diǎn)在內(nèi)的DF兩點(diǎn)間的位移x和時間t，算出紙帶在這兩點(diǎn)間的平均速度 ，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過E點(diǎn)時的瞬時速度2021/8/11 星期三8(2) 可以大致表示E點(diǎn)的瞬時速度D、F兩點(diǎn)離E點(diǎn)越近，算出的平均速度就越接近E點(diǎn)的瞬時速度然而D、F兩點(diǎn)距離過小則測量誤差增大，應(yīng)根據(jù)實際情況選取這兩個點(diǎn)(3)科學(xué)方法：由 可知，用平均速度代表瞬時速度的條件是t0，即t很小

5、，這樣做體現(xiàn)了一種極限思想，這是一種科學(xué)的近似方法2021/8/11 星期三92實驗步驟(1)如圖甲，把電磁打點(diǎn)計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙片套在定位軸上，并且壓在紙帶上面(2)把電磁打點(diǎn)計時器的兩個接線柱接到低于10 V的低壓交流電源上(3)接通電源開關(guān)，用手水平地拉動紙帶，使它在水平方向上運(yùn)動，紙帶上就打下一系列點(diǎn)(如圖乙)2021/8/11 星期三10(4)關(guān)閉電源，取下紙帶，從能看得清的某個點(diǎn)數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點(diǎn)；打下這些點(diǎn)，紙帶的運(yùn)動時間t是多少；打下這些點(diǎn)，紙帶通過的位移x是多少，并用刻度尺測出這個位移；利用公式v 算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度(5)得出

6、每段的平均速度，在要求不是很精確的情況下，此值就可以認(rèn)為是該段紙帶上任一點(diǎn)的瞬時速度(6)在紙帶上找出連續(xù)的6個點(diǎn)，分別標(biāo)上記號A、B、C、D、E、F，用刻度尺測量出相鄰的兩個點(diǎn)間的距離x1、x2、x3、x4、x5，把數(shù)據(jù)填入下表根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以判斷紙帶的這段運(yùn)動是勻速運(yùn)動還是變速運(yùn)動.2021/8/11 星期三11(1)打點(diǎn)計時器在紙帶上應(yīng)打出輕重合適的小圓點(diǎn)，如遇到打出的是短橫線，應(yīng)調(diào)整一下振針與復(fù)寫紙片之間的高度，使之增大一點(diǎn)必要時要進(jìn)行調(diào)節(jié)或更換器材(2)使用打點(diǎn)計時器時，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放紙帶，打完紙帶后及時關(guān)閉電源(3)釋放物體前，應(yīng)使物體停在靠近打點(diǎn)計

7、時器的位置2021/8/11 星期三12(4)使用電火花打點(diǎn)計時器時，應(yīng)注意把兩條紙帶正確穿好，墨粉紙盤夾在兩紙帶之間；使用電磁打點(diǎn)計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面(5)物體運(yùn)動時，速度應(yīng)快一些，以避免點(diǎn)跡太密集2.打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用厘米刻度尺測量情況如圖所示，紙帶在A、C間的平均速度為_m/s，A、D間的平均速度是_m/s，B點(diǎn)的瞬時速度更接近于_m/s.2021/8/11 星期三13三、用圖象來表示速度為了更直觀地反映物體的運(yùn)動情況，我們可以用速度時間圖象來表示速度隨時間的變化規(guī)律【答案】0.350.430.352021/8/11

8、星期三141基本特征以速度v為縱軸、時間t為橫軸，建立平面直角坐標(biāo)系，根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值，在坐標(biāo)系中描出一系列點(diǎn)，再用平滑曲線把這些點(diǎn)連接起來，就得到了一條能夠描述速度v與時間t變化關(guān)系的圖象(v-t圖象)，簡稱速度圖象圖象上的任一點(diǎn)表示某時刻的瞬時速度勻速直線運(yùn)動的速度圖象是一條與時間軸平行的直線，如右圖所示2021/8/11 星期三152物理意義速度時間圖象(即v-t圖象)反映的是速度隨時間的變化關(guān)系，它并不是物體的運(yùn)動軌跡速度不同的勻速直線運(yùn)動的v-t圖象，都是平行于時間軸的直線，但它們在縱軸上的截距不同，縱軸的截距表示的是速度的大小如右圖所示，a、b、c的速度分別為v

9、a、vb和vc，且vavb，vc是負(fù)值，說明速度的矢量性，其方向和正方向相反2021/8/11 星期三163圖象與坐標(biāo)軸包圍的面積v-t圖象不但可以直觀地反映速度隨時間變化的規(guī)律，而且可以反映某段時間t內(nèi)發(fā)生的位移，這段時間內(nèi)對應(yīng)的位移就等于v-t圖象與坐標(biāo)軸及t的末時刻線所圍面積的數(shù)值如上圖所示，在時間t0內(nèi)b所發(fā)生的位移等于b與時間軸所夾的“面積”，即圖中的陰影部分t軸上方的面積表示沿正方向發(fā)生的位移；t軸下方的面積表示沿負(fù)方向發(fā)生的位移，它們的代數(shù)和表示總位移3.質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動，從O點(diǎn)經(jīng)時間t1到達(dá)A點(diǎn)，如下圖所示的圖象中，能正確表示該質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動圖象的是()2021/8/11 星期三1

10、7【解析】A圖象表明質(zhì)點(diǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)，B圖象的斜率k 為一常數(shù)，即質(zhì)點(diǎn)的速度不變，是勻速直線運(yùn)動，C圖象表明質(zhì)點(diǎn)的速度不變，也是勻速運(yùn)動，D圖反映質(zhì)點(diǎn)的速度在不斷增大，因此只有B、C符合題意，故選B、C.【答案】BC思考與討論怎樣根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡計算紙帶的平均速度？如果紙帶上的點(diǎn)跡分布不均勻，那么，點(diǎn)跡密集的地方表示運(yùn)動的速度較大還是較?。?021/8/11 星期三18【點(diǎn)撥】測出紙帶上兩點(diǎn)間的距離，數(shù)一下兩點(diǎn)間有多少個時間間隔，即有多少個0.02 s，用距離除以時間即得到平均速度點(diǎn)跡密集，表示相同時間內(nèi)發(fā)生的位移小，即運(yùn)動的速度較小說一說百米賽跑時運(yùn)動員的速度從始至終不變嗎？如果有變化，你估計

11、是怎樣變化的？某位運(yùn)動員百米賽跑的成績是10.57 s，按照你的估計畫出他在這段時間的vt圖象的草圖如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的vt圖象的形狀可能有什么不同？2021/8/11 星期三19【點(diǎn)撥】運(yùn)動員的百米賽跑中，速度變化較大大致可以分為三個階段：啟動階段，速度從零迅速增大；中間階段，這一階段速度幾乎不變；沖刺階段，速度逐漸增加到最大如圖甲所示 甲如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐漸減小，如圖乙所示乙2021/8/11 星期三202021/8/11 星期三21如上圖所示的四條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計時器得到的紙帶(紙帶的左端先通過打點(diǎn)計時器)從點(diǎn)

12、跡的分布情況可以斷定：紙帶是勻速通過打點(diǎn)計時器的，紙帶_是越走越快的，紙帶_ 是開始越走越快，后來又越走越慢的若所用電源的頻率是50 Hz，圖中D紙帶，從A點(diǎn)通過計時器到B點(diǎn)通過計時器，歷時_ s，位移為m，這段時間內(nèi)紙帶運(yùn)動的平均速度是_ m/s，BC段的平均速度是m/s，AD段的平均速度是_ m/s.2021/8/11 星期三22【解析】速度是單位時間內(nèi)物體所通過的位移紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔相等，因此物體勻速運(yùn)動時，相鄰兩點(diǎn)間的距離相等，所以A、C紙帶是勻速通過打點(diǎn)計時器的；B紙帶相鄰兩點(diǎn)間距離越來越大，則速度越來越大，因此B紙帶是越來越快地通過打點(diǎn)計時器的；D紙帶相鄰兩點(diǎn)間的距離先

13、變大，后變小，說明速度先變大后變小，因此D紙帶是開始越來越快，后來又越來越慢所用電源的頻率是50 Hz，則相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔為0.02 s，從A點(diǎn)到B點(diǎn)有兩段時間間隔，所以時間為0.04 s，位移為0.27 m，這段時間的平均速度為=，代入數(shù)值得平均速度為6.75 m/s.BC段的位移為22 cm，即0.22 m，所用時間為0.02 s，代入上式得平均速度為11 m/s.而AD段的位移為63 cm，即0.63 m，所用時間為0.08 s，代入上式得平均速度為7.88 m/s.【答案】A、CBD0.040.276.75117.882021/8/11 星期三2311：如下圖所示，是某同學(xué)練習(xí)使用

14、打點(diǎn)計時器得到的紙帶，紙帶的左端先通過打點(diǎn)計時器，從點(diǎn)跡的分布情況可以斷定紙帶的速度變化情況是_，若所用電源頻率為50 Hz，從打下A點(diǎn)到打下B點(diǎn)，共16個點(diǎn)跡，歷時_s，位移為_m.這段時間內(nèi)紙帶運(yùn)動的平均速度為_m/s.2021/8/11 星期三24【解析】由于紙帶上各點(diǎn)之間的間隔先變大后變小，所以紙帶運(yùn)動速度的變化情況是先變大后變小由A到B，紙帶運(yùn)動的時間為t(n1)T(161)0.02 s0.3 s由圖可知，紙帶的位移x0.054 9 m5.49102m紙帶的平均速度為：v 102 m/s0.183 m/s.【答案】先變大后變小0.3 s5.49102 m0.183 m/s2021/8

15、/11 星期三25t/s05101520253035404550v/(kmh1)20304050505050352050汽車沿平直公路行駛，小明坐在駕駛員旁邊注視速度計，并記下間隔相等的各時刻的速度值，如下表所示：根據(jù)小明的記錄內(nèi)容，試完成下列問題：(1)從表中數(shù)據(jù)得到汽車在各段時間內(nèi)的特點(diǎn)：在015 s內(nèi)，汽車的速度在變化，時間每經(jīng)過5 s速度增大_km/h；在1530 s內(nèi)汽車速度不變，速度大小為_km/h；在3045 s內(nèi)汽車速度在變化，每5 s速度減小_km/h.2021/8/11 星期三26(2)請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出對應(yīng)的vt圖象(3)如果認(rèn)為在015 s內(nèi)速度變化是均勻的，你能

16、在圖象中找出汽車在7.5 s時的速度值嗎？【解析】(1)分析小明記錄的數(shù)據(jù)得出答案為：10；50；15.(2)根據(jù)小明記錄的各個時刻的速度，首先在速度時間坐標(biāo)系中描出對應(yīng)點(diǎn)，連接各點(diǎn)得到速度圖象如右圖所示(3)從圖象中可以得到汽車在7.5 s時的速度為35 km/h.2021/8/11 星期三272-1：在做“用打點(diǎn)計時器測速度”的實驗時，某同學(xué)得到了如右圖所示的一條紙帶圖中所示數(shù)字為各點(diǎn)距第一點(diǎn)的距離，單位是cm.(1)設(shè)計一個表格，將測量得到的物理量和計算出的各相鄰時間間隔內(nèi)的平均速度填入表格中(2)畫出vt圖象判斷紙帶運(yùn)動的性質(zhì)2021/8/11 星期三280112233445x/m0.

17、024 00.024 30.023 60.024 20.024 0t/s0.020.020.020.020.02v/(ms1)1.201.221.181.211.20【解析】(1)經(jīng)測量，相鄰時間間隔內(nèi)的位移x如下表所示可得出平均速度.(2)在vt圖上，表示出速度隨時間變化的圖象，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)的平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運(yùn)動【答案】見解析2021/8/11 星期三29如右圖所示是一個物體運(yùn)動的v-t圖象，從以下三個方面說明它的速度是怎樣變化的(1)物體是從靜止開始運(yùn)動還是具有一定的初速度？(2)運(yùn)動的方向是否變化？(3)速度的大小是否變化？怎樣變化？2021/8/11 星期三30【解析】從v-t圖象上看，判斷初速度主要看t=0時刻的速度是否為零，即看圖線的縱軸截距；判斷運(yùn)動方向要看速度的正負(fù)，即圖線在t軸上方還是t軸下方；判斷速度大小的變化要看圖線的走向