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【精选】人教版高中物理必修一1.4《实验:用打点计时器测速度》学案-物理知识点总结

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高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 4 实验:用打点计时器测速度 [目标定位] 1.了解两种计时器的结构和工作原理,并学会安装和使用.2.掌握 测瞬时速度的方法,会用打出的纸带求瞬时速度.3.会用图象表示速度随时间变化的 规律. 一、了解打点计时器 1.作用及分类 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,它每隔 0.02_s 打一次点,打点计时器和纸带配合,可以记录物体运动的时间及在一段时间 内的位移,供高中学生实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种. 2.电磁打点计时器 (1)工作电压:6_V 以下的交流电源; (2)原理:接通交流电源后,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来, 带动其上的振针上下振动.这时,如果纸带运动,振针就通过复写纸在纸带上留下 一行小点. 3.电火花计时器 (1)工作电压:220_V 交流电源; (2)原理:当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出的静脉电流经放电 针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带上打出一行点迹. 4.两种计时器误差比较 电火花计时器使用中运动阻力极小,因而系统误差较小. 想一想: 计时器打点时,计时器和纸带之间的摩擦会对物体的运动造成影响,用哪种打 点计时器做实验时,实验误差更小呢? 答案 因为电火花打点计时器是靠电火花和墨粉来打点的,所以对纸带的运动 带来的阻力很小,使系统误差更小. 二、用打点计时器测量平均速度 Δx 根据 v= 可求出任意两点间的平均速度,其中Δ x 是纸带上两点间的距 Δt 离,Δ t 是这两点间的时间间隔. 想一想: 如果纸带上的点迹分布不均匀,点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较 小? 答案 较小 三、用打点计时器测量瞬时速度 纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移 Δx Δ x 内的平均速度表示,即根据 v= ,当Δ t 或Δ x 较小时,用这个平均速度代 Δt 表纸带经过该位置的瞬时速度. 如图 141 所示,E 点的瞬时速度可用 D、F 两点间的平均速度代表,即 vE= 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 Δx . Δt 图 141 想一想: 在上图中,用 DF 段和 DG 段求出的平均速度,哪一个更接近 E 点的瞬时速 度? 答案 因为当Δ t 或Δ x 较小时,求得的平均速度更接近某点的瞬时速度,所 以 DF 段求出的平均速度更接近 E 点的瞬时速度. 四、用图象表示速度 速度时间图象(vt 图象):用来描述速度随时间变化关系的图象,图象上的点 反映某一时刻的瞬时速度. 想一想: 利用图象处理实验数据的好处是什么? 答案 用图象法处理数据更直观、更具体、更方便. 五、实验器材: 电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、220 V 交流电源(电磁打点计时器使 用学生电源)、刻度尺、纸带、墨粉纸盘(复写纸)、导线、坐标纸 一、实验步骤 1.了解电火花计时器的结构,然后把它固定在桌子上,纸带穿过限位孔,把 纸带放到墨粉纸盘的下面. 2.把计时器接到 220 V 的交流电源上. 3.接通电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭 电源. 4.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,则用Δ t=0.02×(n-1) s 计算出纸带的运动时间Δ t. Δx 5.用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δ x,利用 v= 计算纸带 Δt 在这段时间内的平均速度.把测量和计算的结果填入表中. 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 二、数据处理 1.利用打点计时器测量瞬时速度 (1)取一条点迹清晰的纸带便于分析测量. (2)从纸带上能看得清的某个点作为起始点 O,以后的点分别标上 A、B、C、 D、…,如图 142 所示,测出各点到 O 点的距离,算出 OA、AB、BC、……的距 离 x1、x2、x3、……. 图 142 打点计时器打点的周期为 T. x1+x2 (3)A、B、C、D、……各点的瞬时速度分别为 vA= 2T 、 x2+x3 x3+x4 x4+x5 vB= 2T 、vC= 2T 、vD= 2T 、……. 把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做匀速运动. 图 143 2.图象法表示速度 (1)用横轴表示时间 t,纵轴表示速度 v,建立直角坐标系.根据测量的数据在 坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图 143 所示的 vt 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 图象. (2)vt 图象的意义 vt 图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况,但它并不是物体运动的轨 迹. 三、注意事项 1.使用电火花打点计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上 方,使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面. 2.使用打点计时器时,应使物体停在靠近打点计时器的位置. 3.使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定之后,再 拉动纸带;打点之后应立即关闭电源. 4.对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正确的做法是一次测量完 毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点 O 之间的距离). 5.区别计时点和计数点: 计时点是打点计时器在纸带上打出来的点; 计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有 若干个计时点.计数点一般不是从第一计时点开始的,而是选择点迹清晰、与相邻 的计时点间距适中的点开始. 6.区别打点周期和计时周期: 打点周期:两个相邻的计时点的时间间隔,即交流电源的周期,一般为 0.

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