1、第4讲实验：用打点计时器测速度目标定位1.了解两种打点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(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s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：6V以下的交流电源；(2)原理：接通电源后，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
2、.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：220V交流(填“交流”或“直流”)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对纸带的运动阻力极小，因而系统误差较小.二、用打点计时器测量平均速度根据v可求出任意两点间的平均速度，其中x是纸带上两点间的距离，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
3、速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移x内的平均速度表示，即根据v，当t或x较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度.如图1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.图1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t或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(v-t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.一、练习使用打点计时器1.实验步骤(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带.(2)把打点计时器的
4、两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6V以下低压交流电，电火花计时器接220V交流电).(3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电源.(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t(n1)0.02s.(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离x.(6)利用公式v计算出纸带在这段时间内的平均速度.2.注意事项(1) 打点前，应使物体停在靠近打点计时器的位置.(2) 打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带.(3)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立
5、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计数点到起始点O之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位.二、根据纸带计算瞬时速度1.原理：取包含这一位置在内的一小段位移x，根据v测出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度.一般地，取以这个点为中间时刻的一段位移来计算.如图2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.图22.数据处理把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3所示，依次测出各点到O点的距离，再算出OA、AB、BC、的距离x1、x2、x3、.图3
6、若打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D、各点的瞬时速度分别为：vA、vB、vC、vD、.把数据填入下表，根据数据判断纸带运动速度的变化情况.位置ABCDEFGv/(ms1)3.注意为了减小实验误差，A、B、C、D不一定是连续计时点，比如可以间隔T0.1s(即每隔四个点)选一个点(称为计数点)，而计算计数点的瞬时速度时，x、t应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，即v.三、用v-t图象表示速度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，即得到物体运动的v-t图象.2.v-t图象的意义v-t图象非常直观地反映了
7、速度随时间变化的情况，但它并不是物体运动的轨迹.例如，图4所示是某质点做直线运动的v-t图象.图4由v-t图象可知在AB段速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在BC段速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在CD段速度随时间不断减小，表示质点做减速运动.质点在t0时刻的速度为0.在5s末的速度大小为15m/s.例1用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号写在空白处.A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压(填“交流”或“直流”)电
8、源的两个接线柱上.B.把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过，并压在下面.C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离x.D.切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间t.E.打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点.F.利用公式计算纸带运动的平均速度.实验步骤的合理顺序是.解析打点计时器使用交流电；把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；若打n个点，则有(n1)个时间间隔，故这段纸带记录的时间t(n1)0.02s；实验步骤的排列一般要按先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：BAEDCF.答案交流限位孔复写
9、纸(n1)0.02sBAEDCF例2某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点.相邻计数点间的距离如图5所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s.(本题计算结果均保留3位有效数字)图5(1) 在实验中，使用打点计时器时应先再(选填“释放纸带”或“接通电源”).(2) 每两个计数点间还有个点没有标出.(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表.vBvCvDvEvF数值(m/s)0.6400.721(4)
10、将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图6直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.图6解析(1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带.(2) 每两个计数点间还有n114个点没有标出.(3)vBm/s0.400 m/s；vCm/s0.479 m/s；vDm/s0.560 m/s.(4)图线如图所示：答案(1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.4000.4790.560(4)见解析图1.关于打点计时器，下列说法正确的是()A.纸带上打的点越密，说明物体运动得越快B.电火花计时器使用的是220V交流电源C.使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越长D.实验时应先释放
11、小车，后接通打点计时器的电源解析纸带上打的点越密，说明物体运动越慢；电火花计时器使用的是220V交流电源；因为T，所以使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越短；实验时应先接通打点计时器的电源，后释放小车.B正确.答案B2.打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图7所示，纸带上A、C间对应的时间为s，纸带在A、C间的平均速度为m/s.在A、D间的平均速度为m/s.二者之间，B点的瞬时速度更接近于m/s.图7解析由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s.A、C间的距离为14.0mm0.0140m.A、C间对应的时间为0.022s0.04s.A、D间的
12、距离为25.5mm0.0255m.由公式v得.vACm/s0.35 m/s，vADm/s0.43 m/s.B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度.答案0.040.350.430.353.图8是某物体运动的v-t图象.物体的初速度为，在0t1内物体做运动，t1t2内做运动，t2t3内做运动，物体的速度方向(填“不变”或“变化”).图8答案零加速匀速减速不变(时间：60分钟)1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是()A.电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电B.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C.电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D.电磁打点计时器在纸带上
13、打点是靠电火花和墨粉解析电磁打点计时器使用6V以下的交流电，电火花计时器使用220V的交流电，A对；两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定，B对；电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉，C错；电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，D错.答案AB2.通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀，下列判断正确的是()A.点密集的地方物体运动的速度比较大B.点密集的地方物体运动的速度比较小C.点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等D.点不均匀说明打点计时器有故障解析纸带上每相邻两个点之间的时间都相等，所以点密集的地方，说明纸带通过打点计时器的时间长，所以物体运动的速度比较小，故A错
14、，B对.点不均匀是由于物体在相等的时间内发生的位移不相等，故C对，D错.答案BC3.使用打点计时器测量瞬时速度时应注意()A.无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，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.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电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器不用复写纸，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B正确；为了减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C正确；打点计时器不能长时间连续工作，故D正确.答案BCD4.根据打点计时器打
15、出的纸带()A.能准确地求出某点的瞬时速度B.只能粗略地求出某点的瞬时速度C.能准确地求出某段时间内的平均速度D.可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度解析打在纸带上的点，记录了纸带的运动时间.研究纸带上的点之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移.应用能准确地求出某段时间内的平均速度.当t取的比较小时，这个平均速度可粗略代表纸带经过其中间时刻的瞬时速度.答案BC5.在实验中，某同学得到一条打点清晰的纸带如图1所示，要求测出D点的瞬时速度.本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是()图1A.vD，t10.14sB
16、.vD，t20.06sC.vD，t30.1sD.vD，t40.04s答案D6.一同学从家中出发，沿平直的马路以一定的速率走到邮局.寄信之后，沿原路以相同的速率返回.设出发时方向为正方向，则下图中能正确描述该同学运动情况的v-t图象是()解析规定出发时方向为正方向，则返回时的速度必为负，故C错；由于速率不变，故D错；A图表示两个向相反方向运动的物体的v-t图象，故A错.答案B7.用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度.如图2所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为t10.29s，通过第二个光电门的时间为t20.11s，已知遮光板
17、的宽度为3.0cm，则滑块通过第一个光电门的速度为，通过第二个光电门的速度为.图2解析由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示.经过第一个光电门的速度v1m/s0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2m/s0.27 m/s.答案0.10m/s0.27 m/s8.在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是，有遗漏内容的步骤是.A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适
18、当的钩码D.取下纸带E.放手，使小车在平板上运动F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后以合理的序号排列为.解析合理的步骤如下：B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源E.放手，使小车在平板上运动D.断开电源，取下纸带答案ADBFCAED9.如图3所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6，现在量得0、1间的距离x15.18c
19、m,1、2间的距离x24.40cm,2、3间的距离x33.62cm,3、4间的距离x42.78cm,4、5间的距离x52.00cm,5、6间的距离x61.22cm.(f50Hz)图3(1)根据上面数据，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中.计数点12345v/(ms1)(2)根据(1)中表格，在图4中画出小车的速度时间图象，并说明小车速度变化特点.图4解析(1)由于电源频率f50Hz，所以打点计时器的打点时间间隔T0.02s，v11.2m/s；v21.0m/s；v30.8m/s；v40.6m/s；v50.4m/s.计数点12345v/(ms1)1.21.00.80.60.4(2) 如图所示作图过程注意：描的点要适当小一些，在连线过程中当有个别点不能落到同一条直线上时，可以尽量让它们分布在直线两侧.通过速度时间图象可以看出小车的速度随时间在均匀减小.答案见解析