新教材高中物理第一章描述運動的基本概念4實驗：用打點計時器測量小車的速度課件教科版必修第一冊

4.實驗：用打點計時器測量小車的速度實驗必備·自主學習關(guān)鍵能力·合作探究隨堂演練·自主檢測課

標

要

求思

維

導

圖1.經(jīng)歷使用打點計時器的過程，能正確、熟練地使用打點計時器．2．會根據(jù)紙帶上的點跡計算物體運動的平均速度，理解用平均速度表示瞬時速度所采用的思想方法，會用這種方法計算瞬時速度．3．能運用實驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖像，并會根據(jù)畫出的圖像描述物體的運動速度的變化特點．實驗必備·自主學習

三、實驗器材電磁打點計時器(或電火花打點計時器)、學生電源(電火花打點計時器使用220V交流電源)、一端附有滑輪的長木板、小車、細繩、重物、刻度尺、紙帶、復寫紙、導線、坐標紙等．四、實驗操作1．安裝實驗器材．把打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一邊，紙帶前端固定在小車后部，然后穿過打點計時器，小車前端的細繩穿過定滑輪垂下，如圖所示．2．使小車在木板上保持靜止，并靠近打點計時器，開啟打點計時器的電源開關(guān)．打點計時器穩(wěn)定工作后，用手拉動細繩，使小車沿木板做直線運動．待小車運動約一半距離時，松開手，使小車依靠慣性繼續(xù)運動，直到左端．紙帶上會留下一系列點跡．[導學1]計時點和計數(shù)點的比較計時點是打點計時器在紙帶上打出來的點．計數(shù)點是從計時點中選出來的具有代表性的點，一般相鄰兩個計數(shù)點之間還有若干個計時點．選擇點跡清晰的點開始，通常每5個計時點取一個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1s.[導學2]打點紙帶的數(shù)據(jù)如何測量誤差更小測量各段距離時，用長尺一次性完成較好，以減小實驗誤差，不要用短尺分段測量．

位置OABCDE…x/m

Δx/m

Δt/s

v/(m·s－1)

(2)利用v-t圖像分析物體的運動用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標系．根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即得到v-t圖像．

六、誤差分析1．打點計時器打點周期不穩(wěn)定．2．根據(jù)紙帶測出的位移存在偶然誤差．[拓展]系統(tǒng)誤差和偶然誤差(1)系統(tǒng)誤差①來源：實驗原理不夠完善，實驗儀器不夠精確，實驗方法粗略．②特點：實驗結(jié)果與真實值的偏差總是偏大或偏?。蹨p小方法：優(yōu)化實驗原理，提高實驗儀器的測量精確度，設(shè)計更精巧的實驗方法．(2)偶然誤差①來源：偶然誤差是由于各種偶然因素對實驗者和實驗儀器的影響而產(chǎn)生的．例如，用刻度尺多次測量長度時估讀值的差異，電源電壓的波動引起測量值的微小變化等．②特點：多次重復測量時，偶然誤差有時偏大，有時偏小，且偏大和偏小的概率比較接近．③減小方法：多次測量取平均值可以減小偶然誤差．關(guān)鍵能力·合作探究探究點一實驗原理和實驗操作兩種計時器的比較

比較項目電磁打點計時器電火花打點計時器相同點頻率50Hz周期0.02s作用記錄位置、時刻(或位移、時間)不同點工作電壓交流6V交流220V打點方式振針振動電火花放電阻力來源振針與紙帶間的摩擦限位孔與紙帶間的摩擦紙帶本身的運動阻力大小較大較小【典例示范】題型1打點計時器的原理及使用例1

打點計時器是高中物理中重要的實驗儀器，關(guān)于圖中甲、乙兩種打點計時器，請回答下面問題．(1)甲圖是________打點計時器，電源采用的是_____________．(2)乙圖是________打點計時器，電源采用的是_____________．(3)甲、乙兩種打點計時器所用電源頻率為50Hz，則打點周期分別為________s和________s．電磁6V的交流電源電火花220V交流電源0.020.02

題型2實驗操作例2(1)圖甲是電火花打點計時器的示意圖．電火花打點計時器和電磁打點計時器一樣，工作時使用________(選填“交流”或“直流”)電源，當電源的頻率是50Hz時，每隔________s打一次點．電火花打點計時器使用時的基本步驟如下：A．當紙帶完全通過電火花打點計時器后，及時關(guān)閉電源B．將電火花打點計時器電源插頭插入相應的電源插座C．將紙帶從墨粉紙盤下面穿過電火花打點計時器D.接通開關(guān)，聽到放電聲，立即拖動紙帶運動上述步驟正確的順序是_________．(按順序填寫步驟字母)交流0.02CBDA解析：電火花打點計時器和電磁打點計時器都是使用交流電源的計時儀器，當電源的頻率為50Hz時，每隔0.02s打一次點；實驗步驟要遵循先安裝器材后進行實驗的原則，故正確的步驟順序是CBDA.(2)如圖乙所示的紙帶是某同學練習使用電火花打點計時器時得到的，紙帶的左端先通過電火花打點計時器，從點跡的分布情況可以斷定紙帶運動得__________(選填“越來越快”或“越來越慢”).若所用電源的頻率為50Hz，從打下A點到打下B點共14個點跡，歷時________s．解析：打點計時器所用電源頻率為50Hz時，每隔0.02s打一個點，從左往右，紙帶上兩點之間的距離越來越大，說明紙帶運動得越來越快．從打下A點到打下B點共14個點跡，從A到B共有13個時間間隔，所以所用時間t＝13×0.02s＝0.26s.越來越快0.26素養(yǎng)訓練1用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移．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?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理步驟，將各步驟的字母代號順序?qū)懺诳瞻滋帲瓵．將電磁打點計時器接在__________________電源上B．把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，并壓在復寫紙下面C．用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離ΔxD．切斷電源，取下紙帶E．先________后________，在紙帶上打下一系列小點實驗步驟的合理順序是_________．交變(或6V以下交變)接通電源拉動紙帶BAEDC解析：將電磁打點計時器接在交流電源上．先接通電源后拉動紙帶，在紙帶上打下一系列小點．實驗步驟的合理順序是BAEDC.素養(yǎng)訓練2用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移．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?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理步驟，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋帲瓵．在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導線，導線的另一端分別接在50Hz的低壓________(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________(填“插孔”或“限位孔”)，并壓在________(填“白紙”或“復寫紙”)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Δx；D．切斷電源，取下紙帶，如果共有6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；實驗步驟的合理順序是________．交流限位孔復寫紙0.10sBAEDC解析：電磁打點計時器使用的是低壓交流電源，因此要將導線接在低壓交流電源上；把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，并壓在復寫紙下面，這樣才能通過振針把點打在紙帶上；打點計時器的打點周期為0.02s，若打n個點，則有(n－1)個時間間隔，故這段紙帶記錄的時間Δt＝0.02×(6－1)s＝0.10s；實驗步驟的順序一般要先安裝器材即首先進行B、A步驟，然后進行實驗即進行E步驟，實驗結(jié)束要先關(guān)掉電源，即進行D步驟，最后進行數(shù)據(jù)處理，即進行C步驟，故實驗步驟的合理順序是：BAEDC.探究點二紙帶的測量、分析與計算【典例示范】題型1利用紙帶判斷物體的運動情況例3(多選)關(guān)于打點計時器打出的紙帶，下列說法正確的是(

)A．點跡均勻，說明紙帶做勻速直線運動B．點跡變稀，說明紙帶做加速直線運動C．點跡變密，說明紙帶做加速直線運動D．相鄰兩點間的時間間隔相等答案：ABD解析：打點計時器打點的頻率是一定的，相鄰兩點間的時間間隔相等，如果紙帶做勻速直線運動，則點跡均勻；如果紙帶做加速直線運動，則點跡變??；如果紙帶做減速直線運動，則點跡變密．故A、B、D說法正確，C說法錯誤．題型2利用打點計時器測速度的實驗數(shù)據(jù)處理例4

某興趣小組的同學們在做“用打點計時器測速度”的實驗中，讓重錘自由下落，打出的一條紙帶如圖所示，圖中直尺的單位為cm，點O為紙帶上記錄到的第一點，點A、B、C、D…依次表示點O以后連續(xù)的各點．已知打點計時器每隔T＝0.02s打一個點．(1)請分別讀出DF、FH的長度DF＝________mm，F(xiàn)H＝________mm；(2)求出E、G點的速度vE＝________m/s，vG＝________m/s.(保留兩位小數(shù))35.552.00.891.30

素養(yǎng)訓練3在一次實驗中，使用電磁打點計時器測速度(所用交變電源的頻率為50Hz)，得到如圖所示的紙帶．圖中的點為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有四個點未畫出，下列表述正確的是(

)A．實驗時應先放開紙帶再接通電源B．實驗中電磁打點計時器直接接在220V的交變電源上C．從紙帶上可求出計數(shù)點AC段對應的平均速率D．相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.02s答案：C

素養(yǎng)訓練4某實驗中學的實驗小組成員利用紙帶分析物體的運動時，從打出的若干條紙帶中選取一條比較清晰的紙帶，如圖所示，圖中的七個計數(shù)點中每相鄰兩計數(shù)點間還有四個點沒有標出．已知該小組的同學使用的交變電源的頻率為50Hz.用刻度尺測量出的相鄰兩計數(shù)點之間的距離如圖所示．請回答下列問題(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)：(1)計數(shù)點0與計數(shù)點6之間的平均速度約為________m/s；(2)打下計數(shù)點4時紙帶的速度約為________m/s；(3)如果該小組的同學所使用的交變電源的頻率小于50Hz，而計算時仍按照50Hz來進行，則以上求解得到的結(jié)果應________(填“大于”“等于”或“小于”)真實值．0.6760.834大于

隨堂演練·自主檢測1．在“用打點計時器測紙帶的速度”的實驗中，若打點周期為0.02s，下列說法正確的是(

)A．啟動電源與拉動紙帶可以同時進行B．先拉動紙帶，后啟動電源C．電火花打點計時器使用6V以下的交變電源D．連續(xù)n個計時點間的時間間隔為(n－1)×0.02s答案：D解析：使用打點計時器打點時，應先啟動電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶，A、B錯誤；電火花打點計時器使用220V的交流電源，C錯誤；每相鄰的兩個計時點間的時間間隔為0.02s，連續(xù)n個計時點間有(n－1)個時間間隔，故時間間隔為(n－1)×0.02s，D正確．

答案：D解析：時間間隔應取得盡量小，這樣平均速度才能更接近瞬時速度．注意CE段對應的時間間隔為0.04s.3．如圖所示，是某位同學練習使用打點計時器得到的紙帶，紙帶的左端與運動物體相連，從點跡的分布情況可以看出：紙帶________是勻速通過打點計時器的，紙帶________是越走越快的，紙帶________先是越走越快后來是越走越慢的．甲乙丙解析：紙帶甲相鄰兩計數(shù)點之間的距離相等，所以是勻速通過打點計時器的；紙帶乙從左到右相鄰兩計數(shù)點之間的距離增大，所以是越走越快的；紙帶丙從左到右相鄰兩計數(shù)點之間距離先增大再減小，所以是先越走越快，后來又越走越慢的．4．如圖所示是用打點計時器測小車瞬時速度時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始按照打點的先后依次標為0、1、2、3、4、5、6，…現(xiàn)在量得0、1間的距離x1＝5.18cm，1、2間的距離x2＝4.40cm，2、3間的距離x3＝3.62cm，3、4間的距離x4＝2.78cm，4、5間的距離