1、第四单元 运动实验探究 1打点计时器及其使用(1)实验原理 电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器它使用交流电源工作电压在10.0 V以下，当电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点如果运动物体带动通过打点计时器的纸带，在纸带上打下的各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移测量点的位置，就能了解物体的运动情况 电火花计时器是利用脉冲电流产生火花放电，在纸带上打出点迹的仪器当电源频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力小，实验误差较小(2)实验步骤 把打点计时器固定在桌子上，纸带穿过打点计时器，把复写纸片套在定位轴上，
2、并且压在纸带上面 在打点计时器的两个接线柱上分别接上导线，两根导线的另外一端分别接到低压交流电源(46 V的交流电)的两个接线柱上 打开电源开关，用手水平地牵拉纸带，纸带被打上了许多小点 取下纸带，从能看得清的点数起，如果共有N个点，那么，点子的间隔数为N1个，用t0.02 s(N1)计算，这段纸带记录的时间是多长 用刻度尺测量一下，从开始计时的点起到最后一个点间的距离S是多少 利用公式vS/t计算一下纸带运动的平均速度 在纸带上打出连续的6个点，分别标上记号0,1,2,3,4,5.相邻的两个点间的距离为S1，S2，S3，S4，S5，各有多长，看它们是否相等，若S1S2S3S4S5S6，则拉动
3、纸带做匀速直线运动，若不相等则做变速直线运动(3)注意事项 计时器打出的点子不清晰，则主要是电压偏低或振针位置不合适 打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如果打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸的高度，使之增大一些 计时器打点时，应先接通电源，待打点稳定后，再拉动纸带 拉动纸带前，应使拉动端停靠在靠近打点计时器的位置 计算所打点的瞬时速度时，所取该点两侧的两点对应的时间间隔t应小些 2测定匀变速直线运动加速度(1)实验原理：设物体做匀变速直线运动，加速度是a，在各个连续相等时间T内的位移分别是s1、s2、s3，则有ss2s1s3s2s4s3aT2 同理有s5s23aT2，s6s33aT
4、2，所以，测出各段位移s1、s2、s3即可求出 a2(s4s1)/3T2 a2(s5s2)/3T2 a3(s6s3)/3T2 再由a1、a2算出平均值就是所要测的加速度(2)实验器材：打点计时器；纸带；复写纸片，低压交流电源；小车；细绳；一端附有滑轮的长木板；刻度尺；钩码；导线(3)实验步骤 把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图141所示图141 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，放手后，小车能在长板上，平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面 把小
5、车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点计时器放在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次 选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点，标明记数点，正确使用刻度尺测量两点间的距离，并把测量结果填入表中，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值，还可求出各计数点对应速度，作vt图象，求得直线的斜率即为物体运动的加速度(4)注意事项 安装实验器材时，打点计时器要正放，拉小车的细绳和纸带都要与木板平行，小车和纸带的运动要平稳 在纸带上打出的点要小而清晰，使刻度尺对距离的测量准确，为了减小距离测量的误差，小车运动的加速度适当大一些 为了测量和计算
6、的方便，在纸带上选定计数点，计数点是人为选取的，与打点计时器打出的点是有区别的一般打点计时器每打5个点取一个计数点，即计数点间时间间隔为5个打点时间间隔，T0.0250.1 s.为了测量和计算的方便，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离 小车运动到达定滑轮前要用手挡住小车，防止小车与定滑轮相碰和钩码落地，以便保护器材纸带打完后及时断开电源作vt图象时，要尽可能使更多的点在一条直线上，不在直线上的各点也要尽可能对称地分布在直线的两旁 1打点计时器的使用 一同学用打点计时器做测匀变速直线运动加速度的实验时，纸带上打出的不是圆 点，而 是 如 图 1 4 2
7、 中 的 一 些 短线这可能是因为()图142 A打点计时器错接在直流电源上 B电源电压不稳定 C电源的频率不稳定 D振针压得过紧 解析 电源电压的高低，影响振动片磁化的强弱，从而影响打点的力度，即点痕的清晰程度，B错，形成清晰的短划线，表示振动片有足够的磁性，只是由于振针与底板的间距偏小，当振动片与永磁体相互作用向下打点尚未抬起时，纸带在外力作用下已被施过一小段距离而打点计时器在直流电源上不工作，A错只能选D.答案 D 在一次实验中，如果某同学不知道实验所使用的交流电电源的实际频率已超过50 Hz，那么他计算出来的平均速度值与实际值相比是()A偏大 B偏小 C相等D不能确定 答案 B 2纸带
8、的数据处理 利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图143所示，给出了该次实验中，从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点，测得：x11.40cm，x21.90cm，x32.38cm，x42.88cm，x53.39cm，x63.87cm.图143(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1_cm/s，v2_cm/s，v3_cm/s，v4_cm/s，v5_cm/s.(2)作出速度时间图象，并由图象求出小车的加速度a_cm/s2.(2)图象如图144所示：a50.83cm/s2，在作出速度时间图象后，取A和B两点计算加速度，v
9、A12.00cm/s，tA0，vB 42.20cm/s，tB 0.06s，则 50.83(cm/s2)答 案 (1)16.50cm/s 21.40cm/s 26.30cm/s 31.35cm/s 36.30cm/s(2)如图145所示a50.83cm/s2 一位同学做“研究匀变速直线运动”的实验，打点计时器所用电源的频率是50 Hz，在实验中得到点迹清晰的一条纸带他把某一个点记作O，再选依次相邻的6个点做测量点分别标以A、B、C、D、E、F，如图145所示 图145 图146(1)如果测得C、D两点相距为2.70 cm，D、E两点相距为2.90 cm，则小车在打D点时的速度是_m/s.(2)如
10、果该同学分别算出小车打各个点的速度，然后把数据标示在vt图上，如图146所示，则由此图可求得小车的加速度a_m/s2.(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度为_m/s，此 速 度 的 物 理 意 义是 3处理实验数据能力的培养 利用打点计时器研究一个约1.4 m高的商店卷帘窗的运动将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运 动 打 点 后 的 纸 带 如 图 1 4 7 所示数据如图148所示纸带中AB、BC、CD每两点之间的时间间隔为0.10 s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平均，可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度v.图147 图148
11、(1)请根据所提供的纸带和数据，画出卷帘窗的vt图象(2)AD段的加速度为_m/s2，AK段的平均速度为_m/s.解析 由所给数据可知卷帘窗在AE段做匀变速直线运动，根据匀变速直线运动中间时刻点的瞬时速度等于该段的平均速度可求得各点的速度，然后用描点法得到vt图象，图象的斜率即为物体的加速度 答案(1)如图149所示 (2005黄冈模拟)如图1410所示，某组同学借鉴“测定匀变速运动的加速度”实验方法，设计了用光滑斜面测定重力加速度的实验，如图1410所示，他们用垫块垫高光滑长木板的一端，使之成为斜面，改变垫块厚度可改变斜面的倾角，利用打点计时器所打出的纸带，测出几组对应不同倾角时小车沿斜面下
12、滑的加速度a，将测得的数据记录于表中，其中l为斜面长度，h为对应不同倾角时斜面一端的高度求：图 1410l(厘米)85.00h(厘米)7.6511.0014.50 18.70 22.00 25.50sin0.090.130.170.220.260.30a(m/s2)0.881.282.142.552.93(1)表中加速度a缺少一个数据，对应的测量纸带如图1411所示，请求出该加速度，并填入表中，图1411中相邻两个记数点之间还有4个记录点未画出(2)将记录的数据标在asin坐标平面上，如图1412所示请在坐标平面上作出相应的图线由图线可知当地的重力加速度g_m/s2.图1412 解析 两相邻记
13、数点之间还有4个记录点未画出，则两相邻记数点之间的时间间隔为T50.02 s0.1 s，图中给出的是累计长度，须演算出各段的相应位移，再根据saT2，求出加速度，用平均值填入，因倾斜档板是光滑的则agsin，ga/sin，图1412中直线斜率即代表g.答案(1)1.65(2)9.77数据处理错误【例】一个小球沿斜面向下运动，用每隔1/10s曝光一次的频闪相机拍摄的不同时刻小球位置的照片如图1413所示，测得小球在几个连续相等时间内的位移(见下表)，则图1413s1(cm)s2(cm)s3(cm)s4(cm)8.209.3010.4511.50 求小球加速度a_m/s2.(保留二位有效数字)错解
14、 a1(S2S1)T2，a2(S3S2)/T2 a3(S4S3)T2，(a1a2a3)/3(S4S1)/3T2 1.1m/s2 分析纠正 尽管此题这种方法算出的结果刚好与正确答案相符，但容易增大误差所用方法不可取，正确解答为：a1(S3S1)/2T2 a2(S4S2)/2T2(a1a2)/21.1m/s2 答案 1.1m/s 一种实验器材叫做光电门，它可以测出某物体经过光电门所用的时间，如果知道物体的宽度，就可以求出这一小段过程的平均速度你能用这种器材设计出研究自由落体运动规律的实验吗？(提示：一小段过程的平均速度可当作物体通过光电门时的瞬时速度)答案 让物体自由下落，将光电门放在物体经过的不同位置，测出物体经过光电门所用的时间t.量出物体的宽度x，则物体通过光电门时的速度v.量出光电门与物体初位置间的距离h，如果能得出v2h的关系，就可说明物体的运动是初速度为0的匀加速直线运动由v22gh可得g，多次测量可求出g的平均值
