高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度第2课时学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度第2课时学案设计，共6页。学案主要包含了两种打点计时器，练习使用打点计时器等内容，欢迎下载使用。

一、两种打点计时器
二、练习使用打点计时器
1．实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源(频率是50 Hz，电火花计时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。
2．实验步骤
(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且把纸带压在复写纸片下面。
(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6～8 V的低压交流电源上。
(3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后立即断开电源。
(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始(起始点)，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n－1个，则纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s。
(5)用刻度尺测量出从起始点到第n个点间的距离Δx。
(6)利用公式v＝ eq \f(Δx,Δt) 计算出纸带在这段时间内的平均速度。
(7)用刻度尺测量某计数点前后两个计数点的两点间的距离，计算出平均速度，用来替代该点的瞬时速度。
3．数据处理
(1)求解平均速度 []《@优化方案》^%教&辅[~]
根据v＝ eq \f(Δx,Δt) ，求出任意两点间的平均速度。两点间的位移Δx可以用刻度尺测量出，Δt为两点间的间隔数与单个时间间隔0.02 s的乘积。如图所示，将打好点的纸带从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，比如共数出n个点，用刻度尺测出第一个点到第n个点的距离Δx，并算出这n个点的时间间隔，则平均速度 eq \x\t(v) ＝ eq \f(Δx,（n－1）T) (T＝0.02 s)。
(2)粗略计算瞬时速度 []&202~@2版*新教材教%辅[]
当一段位移Δx对应的时间Δt很小时，我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt中某一时刻的瞬时速度。如图所示， eq \f(Δx,Δt) 可以大致表示C点的瞬时速度，即vC＝ eq \f(Δx,Δt) ，A、B两点离C点越近，算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时，测量误差会增大，所以应根据实际情况选取这两个点。 []《优#化*方案》^教辅~[&]
4．实验注意事项
(1)实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。
(2)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后，再拉动纸带。
(3)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 []2%0^22版&新教~*材教辅[]
(4)使用电火花计时器时，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。
(5)使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。
(6)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。
(7)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)。读数时应估读到毫米的下一位。
探究一 实验原理与操作
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按顺序写在空白处。 []202%2^版&新@教材*教辅[]
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________(选填“交流”或“直流”)频率为50 Hz的电源的两个接线柱上。
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Δx。
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Δt＝________。
E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列点。 []20^~22版新教材*教辅&#[]
F．利用公式v＝ eq \f(Δx,Δt) 计算纸带运动的平均速度。
实验步骤的合理顺序是______________。
[解析] A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并压在复写纸的下方；D项中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02 s。合理的实验步骤为BAEDCF。
[答案] 交流 限位孔 复写纸 (n－1)×0.02 s
BAEDCF
[针对训练] 关于电磁打点计时器的使用，下列说法不正确的是 ( )
A．电磁打点计时器使用低压交流电源，交流电频率为50 Hz
B．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面
C．要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源
D．为减小摩擦，每次测量应先将纸带拉直 []《#~优化方%案*》教辅[^]
答案：B
探究二 实验数据处理
图甲是一条打点计时器打出的纸带，电源频率为50 Hz，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点未画出，各计数点到0的距离如图所示。
(1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格。
(2)在图乙直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。
[解析] (1)由于相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以图中相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，则v2＝ eq \f(0.09－0.01,0.1×2) m/s＝0.40 m/s，v4＝ eq \f(0.228－0.09,0.1×2) m/s＝0.69 m/s。
(2)根据(1)表格中数据在直角坐标系中描点，然后连线得到v－t图像如图所示。
[]《#优化方案》教辅@*[~%]
[答案] (1)0.40 0.69 (2)见解析图
[针对训练2] 对如图所示的一条纸带进行研究，从O点开始每5个点取一个计数点(中间4个点未画出)，计数点分别为A、B、C、D、E，图中给出了相关数据，回答下列问题。
(1)图中每相邻的两个计数点之间的时间是________s。
(2)B点的瞬时速度是________m/s。(保留两位小数)
解析：(1)每相邻的两个计数点之间的时间T＝5×0.02 s＝0.10 s。
(2)B点的瞬时速度vB＝ eq \f(xAC,2T) ＝ eq \f(OC－OA,2T) ＝ eq \f(（61.8－12.6）×10－3m,2×0.1 s) ≈0.25 m/s。
答案：(1)0.10 (2)0.25 []202#2&版新教材%*教辅[~]
[针对训练3] 如图所示，实验中得到一条纸带，从0点开始每5个点取一个计数点(打点计时器的电源频率是50 Hz)，依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm，x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。
[]#2~0%@22版新教材教辅[*]
(1)相邻两计数点间的时间间隔为T＝__________s。 []《~*优化方案》&教%辅[^]
(2)计数点2、4之间的平均速度 eq \x\t(v) 24＝__________m/s。
(3)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝__________m/s。
解析：(1)两相邻计数点之间的时间间隔为：T＝5×0.02 s＝0.1 s。
(2)根据平均速度的计算公式得： eq \x\t(v) 24＝ eq \f(x3＋x4,t24) ＝ eq \f(（2.78＋3.62）×10－2,2×0.1) m/s＝0.32 m/s。
(3)由于计数点2、4之间的时间间隔比较小，所以打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3近似等于计数点2、4之间的平均速度，即v3＝ eq \x\t(v) 24＝0.32 m/s。
答案：(1)0.1 (2)0.32 (3)0.32 []《优化*方案》^#教辅[~@]
探究三 实验拓展创新
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条通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过第一个光电门的速度为________m/s，通过第二个光电门的速度为________m/s。(结果均保留两位有效数字)
[解析] 由于滑块经过光电门时遮光条的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光条挡光时间内的平均速度表示。经过第一个光电门的速度v1＝ eq \f(d,Δt1) ＝ eq \f(3.0×10－2,0.29) m/s≈0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2＝ eq \f(d,Δt2) ＝ eq \f(3.0×10－2,0.11) m/s≈0.27 m/s。
[答案] 0.10 0.27比较项
电火花计时器
电磁打点计时器
结构图示
工作电压
220 V交变电流
6～8 V交变电流
打点方式
周期性产生电火花
振针周期性上下振动
电源频率
为50 Hz时
打点周期
0.02 s
0.02 s
记录信息
位移、时间
v1
v2
v3
v4
v5
数值/(m·s－1)
0.20
0.61
0.70