1、第2课时 实验：测量纸带的平均速度和瞬时速度必备知识基础练一、概念判断1打点计时器使用低压交流电源，交流电的频率为50 Hz。()提示：电磁打点计时器使用低压交流电源，电火花打点计时器使用220 V交流 电源。2纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面。()提示：复写纸压在纸带的上面。3要先接通电源再释放纸带。()4纸带通过之后要立即切断电源。()5为减小摩擦，每次测量应先将纸带理顺好。()二、选择题题组一 打点计时器的应用原理与操作1在使用电火花打点计时器时，使用的电源为()A6 V 以下的交流电源B6 V 以下的直流电源C220 V 的交流电源D220 V 的直流电源【解析】选 C
2、。在使用电火花打点计时器时，使用的电源应是 220 V 的交流电源，故 A、B、D 错误，C 正确。2(多选)以下说法错误的是()A打点计时器是一种打点的仪器B在实验时，要先将打点计时器放正并固定，使纸带移动过程中摩擦尽量的小C一次实验过程中应先打开电源再放纸带，每次实验结束后都应当及时关闭打点计时器D任何一种形式的运动都可以借助打点计时器来研究【解析】选 A、D。打点计时器是一种打点与计时的仪器，故 A 错误；在实验时，要先将打点计时器放正并固定，使纸带移动过程中摩擦尽量的小，故 B 正确；一次实验过程中应先打开电源再释放纸带，每次实验结束后都应当及时关闭打点计时器，故 C 正确；打点计时器
3、主要研究直线运动，故 D 错误。3下列关于使用打点计时器测量瞬时速度时的说法，错误的是()A无论使用电磁打点计时器还是电火花打点计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带C使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行D打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源【解析】选 A。使用电磁打点计时器时，纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的下面；而电火花式要用墨盘，不需要用复写纸，故 A 错误；实验过程应先接通电源，后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处理和减小误差，故 B 正确；使用打点计时器
4、时，为了减小摩擦力，拉动纸带的方向应与限位孔平行，故 C 正确；打点计时器不能长时间工作，故打点之后要立即关闭电源，故 D 正确。题组二 处理数据 测量瞬时速度和平均速度4通过打点计时器得到的一条打点不均匀的纸带，如图所示，则下列判断正确的是()A打点密集的地方物体运动的速度比较大B打点密集的地方物体运动的速度比较小C打点不均匀说明物体做匀速运动D打点不均匀说明打点计时器有故障【解析】选 B。了解打点计时器的打点原理，能通过纸带分析纸带的运动情况，打点计时器的打点时间间隔由交流电的周期决定，故时间间隔是相同的，点距不均匀说明了物体运动速度的大小不同。相邻计时点的时间间隔相等，点迹密集的地方，相
5、邻计时点的距离小，所以打点密集的地方物体运动的速度比较小，故 A 错误，B 正确；相邻计时点的时间间隔相等，点迹不均匀说明物体做变速运动，故 C、D 错误。5用打点计时器研究小车的运动时得到一条点迹清晰的纸带如图所示，交流电源的频率为 50 Hz。可以从这条纸带上直接获得的物理量有()A小车的质量B小车受到拉力的大小C从打 A 点到打 B 点，小车运动的时间D从打 A 点到打 B 点，小车位移的大小【解析】选 C。根据打点计时器的工作原理及应用可以判断各物理量是否能正确得出，从而即可求解。小车的质量，是通过天平测量得出的，故 A 错误；小车受到拉力的大小，是根据牛顿第二定律，且依据小车的质量与
6、其加速度求出的，而加速度的求解需要运用匀变速直线运动的公式，故 B 错误；从打 A 点到打 B 点，小车运动的时间，是直接由纸带获得，故 C 正确；从打 A 点到打 B 点，小车的位移是纸带上点迹之间的距离，是刻度尺测量得出的，故 D 错误。6(多选)(2021天津高一检测)打点计时器打出的一段纸带如图所示，打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K 是纸带上打出的一组连续的点，0、1、2、3 是每间隔三个点连续标出的 4 个计数点，下列说法正确的是()A.两个相邻的计数点之间的时间为 0.06 sBA、D 两点间的平均速度小于 H、K 两点间的平均速度
7、CH 点的瞬时速度可以用 F、K 两点间的平均速度粗略表示DG、I 两点间的平均速度可能比 F、K 两点间的平均速度更接近 H 点的瞬时速度【解析】选 B、C、D。打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，则打点周期为 0.02 s，两个相邻的计数点之间还有三个点。根据某两点间的位移 x 和时间 t，可以算出纸带在这两点间的平均速度 vxt，用这个平均速度就可以代表纸带经过这两点间的某点时的瞬时速度，这就是测量瞬时速度的方法，故 A 错误，B、C、D 正确。三、非选择题7(打点计时器的使用)电火花打点计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用_(选填“交流“或“直流“)电源，当电源的频率是 50 H
8、z 时，每隔_s 打一次点。其工作时的基本步骤如下：A当纸带完全通过电火花打点计时器后，及时关闭打点计时器电源，取下纸带B固定打点计时器，将电火花打点计时器插头插入相应的电源插座C安装纸带D打开打点计时器开关，听到放电声，用手水平拉动纸带上述步骤正确的操作顺序是_。(按顺序填写步骤编号)【解析】了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的工作电压、工作原理即可正确解答，同时要熟练使用打点计时器进行有关的操作，掌握使用打点计时器测速度时的基本步骤。电火花打点计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用交流电源，当电源的频率是 50 Hz 时，每隔0.02 s 打一次点；实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原
9、则进行，故先将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花打点计时器，再将电火花打点计时器插头插入相应的电源插座；接通开关，听到放电声，立即拖动纸带运动，并且当纸带完全通过电火花打点计时器后，及时关闭电火花打点计时器，所以上述步骤正确的顺序是 BCDA。答案：交流 0.02 BCDA8(处理纸带数据)如图所示是某同学在做用打点计时器测速度实验中获取的一条纸带。(1)已 知 打 点 计 时 器 电 源 频 率 为 50 Hz，则 纸 带 上 打 相 邻 两 点 间 的 时 间 间 隔 为_。(2)A、B、C、D 是纸带上四个计数点，每相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出 A、B 两点间距 x_；C 点对应的
10、速度是_(计算结果保留三位有效数字)。【解析】(1)打点计时器每个周期打一个点，即相邻两点之间的时间间隔为 0.02 s。(2)毫米刻度尺应估读到 0.1 mm，故 A、B 间的距离为 1.70 cm1.00 cm0.70 cm，C 点的速度近似等于 BD 间的平均速度，vCBD2T 2.0010220.1 m/s0.100 m/s答案：(1)0.02 s(2)0.70 cm 0.100 m/s关键能力综合练一、选择题1(多选)(2021南京高一检测)打点计时器是记录做直线运动的物体位置和时间的仪器，利用打点计时器打出的纸带，可以获得运动物体的相关信息。下列信息能获得的是()A物体运动的时间B
11、物体在不同时刻的位置C物体的质量D物体速度变化的情况【解析】选 A、B、D。打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，同时也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移，点迹的分布情况反映了物体的运动状态的变化情况，从而反应了物体的速度变化情况，而不能反映物体的质量，故不能获得的信息是物体的质量，故 A、B、D 正确，C 错误。2接通电源让纸带(随物体)开始运动，这两个操作的时间关系应当是()A先接通电源，再释放纸带B先释放纸带，再接通电源C释放纸带的同时接通电源D不同的实验要求不同【解析】选 A。本题考查了打点计时器的具体应用，熟悉打点计时器的使用细节即可正确解答本题
12、。开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带(随物体)开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同时先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，B、C、D 错误，A 正确。3如图所示为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，产生的原因是()A打点计时器接在直流电源上B振针压得过紧C电源频率不够大D电源电压不稳定【解析】选 B。打点计时器使用的是交流电源，若打点计时器接在直流电源上，打点计时器不打点，故 A 错误；打点针压得过紧，振针和纸带接触时间过长，可能造成短线，故 B 正
13、确；电源频率大小只会影响打点的时间间隔，不会影响点的形状，不会造成短线，故 C 错误；点痕的轻重和电源电压不稳有关，电源电压不稳不会导致短线，故 D 错误。4(2021长沙高一检测)某同学做“用打点计时器测速度”的实验，下列说法正确的是()A使用打点计时器时，应先拉动纸带后接通电源B当电源频率是 50 Hz 时，打点计时器每隔 0.1 s 打一个点C如果纸带上打出的点迹不均匀，则点迹稀疏的地方表示速度较小D利用纸带上的点迹可测算出纸带运动的平均速度【解析】选 D。使用打点计时器时，应该先接通电源后拉动纸带，故 A 错误；当电源频率是 50 Hz时，打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，故 B
14、 错误；相邻计时点的时间间隔相等，点迹稀疏的地方，相邻计时点的距离大，所以物体运动的速度比较大，故 C 错误；利用纸带上的点迹，通过时间的确定，根据平均速度公式可以计算平均速度，故 D 正确。5在“用打点计时器测速度”实验中，下列说法正确的是()A电火花打点计时器使用 6 V 以下交流电源B电磁打点计时器使用 6 V 以下交流电源C纸带上点迹密集的地方表明物体的速度较大D纸带上点迹密集的地方表明相邻点间的时间较短【解析】选 B。打点计时器的打点时间间隔是相同的，由交流电的周期决定，点距不均匀说明了物体运动速度的大小不同。电火花打点计时器使用 220 V 的交流电源，电磁打点计时器使用 6 V
15、以下的交流电源，故 A 错误，B 正确；相邻计时点的时间间隔相等，点迹密集的地方，相邻计时点的距离小，所以物体运动的速度比较小，故 C、D 错误。6采取下列哪些措施，有利于减小纸带因受到摩擦而产生的误差()A改用直流 6 V 的电源B电源电压越低越好C用平整的纸带，不用皱折的纸带D纸带是否歪斜对实验无影响【解析】选 C。打点计时器使用的是交流电源，故 A 错误；电源电压偏低会使得打出的点迹不够清晰，故 B 错误；用平整的纸带，不用皱折的纸带，皱折的纸带和计时器的摩擦阻力较大，故 C 正确；纸带应理顺推平，不让它卷曲、歪斜，故 D 错误。7如图所示是某位同学练习使用打点计时器得到的三条纸带，已知
16、纸带右端先通过打点计时器。从点迹的分布情况可以判断，其中做减速运动的是()A甲 B乙 C丙 D乙和丙【解析】选 B。打点计时器打点时间间隔相同，从纸带上点的分布情况判断纸带的运动情况。从点痕的分布情况可以断定：纸带甲两个点距离基本相等，所以是匀速通过打点计时器的，纸带乙从右到左相邻的计数点之间距离减小，所以是越走越慢的，纸带丙从右到左相邻的计数点之间距离先增大再减小，所以是开始越走越快，后来又越走越慢的。由以上的分析可知做减速运动的是乙，选项 B 正确。8在使用打点计时器时以下说法错误的是()A每打完一列点就要切断电源B不要移动圆形复写纸片的位置C纸带一定要从两限位孔穿过，并且压在复写纸的下面
17、D侧向移动限位孔位置，在一条纸带上可以打出两列点，提高纸带的利用率【解析】选 B。由于打点计时器不能长期工作，所以每打完一列点，就要切断电源，故 A 正确；在打点过程中，复写纸片会转动，所以可移动圆形复写纸片的位置，故 B 错误；为了纸带运动的稳定，纸带一定要从两限位孔穿过，为了能在纸带上打出清晰的点迹，纸带必须压在复写纸的下面，故 C 正确；侧向移动限位孔位置，在一条纸带上可以打出两列点，提高纸带的利用率，故 D 正确。【解析】选 B。打点计时器打点时间间隔相同，从纸带上点的分布情况判断纸带的运动情况。从点痕的分布情况可以断定：纸带甲两个点距离基本相等，所以是匀速通过打点计时器的，纸带乙从右
18、到左相邻的计数点之间距离减小，所以是越走越慢的，纸带丙从右到左相邻的计数点之间距离先增大再减小，所以是开始越走越快，后来又越走越慢的。由以上的分析可知做减速运动的是乙，选项 B 正确。9(2021北京高一检测)你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，你每隔 1 s 用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”。如果在纸带上点下了 10 个点，则在打下这些点的过程中，纸带的运动时间是()A1 s B9 s C10 s D11 s【解析】选 B。清楚打点计时器的工作原理，每隔 1 s 用笔在纸带上点下一个点，也就知道了打点的周期，根据打出
19、的点确定时间间隔即可确定纸带运动的时间。每隔 1 s 用笔在纸带上点下一个点，如果在纸带上打下了 10 个点，也就有 9 个时间间隔。所以纸带的运动时间是 t91 s9 s，故 B正确，A、C、D 错误。10如图所示为同一打点计时器打出的 4 条纸带(长度大致相等)。其中平均速度最大的是()【解析】选 A。打点计时器打点的时间间隔相等，根据平均速度的公式可比较大小关系。由于打点计时器打点的时间间隔相等，在打下相同个数点的过程中，所用的时间相同，而纸带 A 的位移最大，所以纸带 A 的平均速度最大，故 A 正确，B、C、D 错误。11一打点计时器在纸带上依次打出 A、B、C、D、E、F 等一系列
20、的点，测得AB11.0 mm，AC26.5 mm，AD40.0 mm，AE48.1 mm，AF62.5 mm。根据测量数据，下列关于物体在 AF 段运动速度的判断正确的是()A速度不变 B速度越来越大C速度越来越小D速度先变大再变小后变大【解析】选 D。根据各段时间相等，依据题目中的数据，算出各段间距大小，从而判定速度的变化。AB11.0 mm，BCACAB15.5 mm，CDADAC13.5 mm，DEAEAD8.1 mm，EFAFAE14.4 mm，因各段时间相等，所以物体在 AF 段运动速度先变大再变小后变大，故 A、B、C 错误，D 正确。12(金榜原创题)某同学做“用打点计时器测速度
21、”的实验，下列说法正确的是()A.电磁打点计时器使用的是直流电源B当电源频率是 50 Hz 时，打点计时器每隔 0.02 s 打一个点C如果纸带上打出的点迹不均匀，则点迹密集的地方表示速度较大D利用打出的一条纸带画出的速度图像如图所示，由图像可看出物体做匀速直线运动【解析】选 B。解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项。相邻的计数点之间的时间间隔相等。速度时间图像是倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动，图线与 t 轴平行表示物体做匀速直线运动。电磁打点计时器使用的是交流电源，故 A 错误；当电源频率是 50 Hz 时，打点计时器每隔 0.02 s 打一个
22、点，故 B 正确；相邻计时点的时间间隔相等，点迹密集的地方，相邻计时点的距离小，所以物体运动的速度比较小，故 C 错误；速度时间图像是倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动，图线与 t 轴平行表示物体做匀速直线运动，故 D 错误。二、非选择题13打点计时器是使用交流电工作的仪器，若交流电的频率为 50 Hz，如图为 AB打点所得到的一条纸带。(1)打点计时器打点的时间间隔为_s；(2)AB 发生的位移大小为_cm。【解析】(1)打点计时器是使用交流电源的计时仪器，若交流电的频率为 50 Hz，打点周期与交流电的周期相同，即为 T1f 0.02 s，所以每隔 0.02 s 打一个点。(2)刻度尺的读
23、数需要估读一位，由题图可知，A 点的位置为 0.00 cm，B 点的读数为 3.68 cm，所以 AB 发生的位移大小为 3.68 cm。答案：(1)0.02(2)3.6814电磁打点计时器的电源应是_(选填“直流”或“交流”)电源；我国电火花打点计时器的工作电压为_V，实验室使用电源时，如果每 6 个计时点取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为_s。当电源频率低于 60 Hz 时，若仍按照 60 Hz 计算，则测出的速度值将比真实值_(选填“大”或“小”)。【解析】电磁打点计时器的电源应是交流电源，我国电火花打点计时器的工作电压为 220 V，实验室使用我国民用电时，电磁打点计时器每隔
24、 0.02 s 打一次点，如果每 6 个计时点取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为 0.12 s。当电源频率低于 60 Hz 时，实际打点周期将变大，而进行计算时，仍然用 60 Hz 计算，因此测出的速度数值将比物体的真实数值大。答案：交流 220 0.12 大15实验时，打点计时器应接低压_(选填“直流”或“交流”)电源，每隔_s 打一次点。如图是某次实验的纸带，舍去前面比较密的点，从 0 点开始，每 5 个连续点取 1 个计数点，标以 1、2、3那么相邻两个计数点之间的时间间隔为_s，各计数点与 0 计数点之间的距离依次为 x13 cm、x27.5 cm、x313.5 cm，则物体
25、通过 1 计数点的速度 v1_m/s，通过 2 计数点的速度 v2_m/s(后两空结果均保留三位有效数字)【解析】实验时，打点计时器应接低压交流电源，每隔 0.02 s 打一次点。每 5 个连续点取 1 个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔 T0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，v10.07520.1 m/s0.375 m/s，v20.1350.0320.1 m/s0.525 m/s。答案：交流 0.02 0.1 0.375 0.52516某实验小组在做“测量做直线运动小车的瞬时速度”的实验中，选取了一条点迹清晰的纸带，如图所示。图中 A、B、C、D、E 是
26、按打点先后顺序选取的计数点，相邻计数点间的时间间隔为 T。在图中 s1(s2s1)(s3s2)(s4s3)，由此可判断出，小车运动的速度_(选填“越来越大”或“越来越小”)。为了计算打下 A 点时小车的瞬时速度 vA，甲同学用 vAs1T 计算，乙同学用 vA s22T 计算，得到不同的计算结果，从理论上讲，_(选填“甲”或“乙”)同学的计算结果更接近真实值。【解析】根据时间相等，结合位移大小，从而判定运动的速度变化，再根据各自公式，结合时间越短，平均速度越接近瞬时速度，从而即可求解。在图中 s1(s2s1)(s3s2)(s4s3)，根据它们的时间相等，则可判定小车的运动速度越来越大；根据时间
27、越短时，平均速度越接近瞬时速度，甲同学用 vAs1T 计算，而乙同学用 vA s22T 计算，则甲同学时间较短，因此从理论上讲，甲同学的计算结果更接近真实值。答案：越来越大 甲17在“练习使用打点计时器”的实验中，打点计时器所接电源的频率为 50 Hz，某同学选出了一条清晰的纸带，并按打点的先后顺序取其中的 A、B、C7 个点进行研究，这 7 个点和刻度尺标度的对应如图所示。(1)由图可知，A、B 两点的时间间隔是_s，纸带做的是_(选填“加速”“减速”或“匀速)直线运动。(2)A、D 两点间的平均速度大小为_m/s，E、G 两点间的平均速度大小为_m/s。(计算结果保留两位小数)【解析】(1
28、)由于 AB 两点之间共有 5 个时间间隔，而打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，所以相邻的计数点间的时间间隔：T0.1 s；由于计数点间的时间间隔相同，纸带越向右计数点间的位移越大，说明物体的速度越来越大，即物体做加速直线运动。(2)由图可知，AD 之间的距离约为 4.15 cm，EG 之间的距离约为 4.53 cm由平均速度等于位移除以时间可以解出 AD 间的平均速度为：v10.041530.1 m/s0.14 m/s，E 点到 G 点的平均速度是：v20.106 20.060 920.1 m/s0.23 m/s。答案：(1)0.1 加速(2)0.14 0.23小明学习了测量纸带的平均
29、速度和瞬时速度的实验之后，自己利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6 是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出，测得各计数点到 0 点的距离如图乙所示，交流电频率 50 Hz。素养提升创新练你能否利用他测量的数据，求出各计数点的瞬时速度并画出 v-t 图像？【解析】用平均速度代替中间时刻瞬时速度的办法求解各点瞬时速度，v10.195 m/s，v20.40 m/s，v30.61 m/s，v40.69 m/s，v50.70 m/s，而 0 点和 6 点的速度不能求出。建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，然后描点，用平滑曲线将描下的点连成线，v-t 图像如图所示。答案：见解析