高中物理教科版 (2019)必修 第一册4 实验:用打点计时器测量小车的速度精品ppt课件

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4　实验：用打点计时器测量小车的速度
1.学会安装和使用打点计时器。2.会根据纸带上的点迹计算物体运动的瞬时速度。3.能运用实验数据描绘v－t图像，并会根据图像说明物体的运动情况。
小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、刻度尺、坐标纸。
1.按图安装实验器材。打点计时器的两个接线柱接到 电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接 V低压 电源，电火花打点计时器接 V 电源)。
2.使小车在木板上保持静止，并 (填“靠近”或“远离”)打点计时器，开启打点计时器的电源开关。打点计时器 工作后，用手拉动细绳，使小车沿木板做直线运动。待小车运动约一半距离时，松开手，使小车依靠惯性继续运动，直到左端。纸带上会留下一系列点迹如图所示。
1.在纸带上选取一段点迹清晰并且没有重叠的区间，把第1个点标为O，而后依次标为A、B、C、D…2.用刻度尺测量各点的位置(一般使刻度尺的零刻度线与O点对齐，即O点的位置记为0)，记录在下表中。
3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE…并记录在下表中。
5.绘制v－t图像把相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(例如把 当作vO)，在图所示的坐标纸上绘制v－t图像。
1.打点前，应使物体停在 (填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置。2.打点时，应先 ，待打点计时器打点 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，即统一测量出各个计数点到起始点之间的距离。5.为减小实验误差，A、B、C、D…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T＝ s。6.计算某计数点的瞬时速度时，一般地Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝
一、打点计时器的应用原理与操作
(1)打点计时器是记录做直线运动物体的________和________的仪器。电火花打点计时器是其中的一种，其工作电压是________，电火花打点计时器靠电火花和墨粉打点，当电源的频率为50 Hz时，它每隔________秒打一次点。
打点计时器是记录运动物体时间和位移的仪器，均使用交流电源，电火花打点计时器的工作电压是220 V，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点。
(2)以下是练习使用电火花打点计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是______。A.把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过 限位孔B.把打点计时器与6 V低压直流电源相连C.用手水平地拉动纸带，然后启动电源D.关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0， 用公式v＝ 计算纸带运动的平均速度
电火花打点计时器使用220 V交流电源，故B错误；实验时应先启动电源，再拉动纸带，故C错误。
二、瞬时速度的计算与速度—时间图像
(1)电磁打点计时器使用的电源是__________(填“交流6 V”或“交流220 V”)电源，实验室使用我国民用电(频率50 Hz)时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点间的时间间隔为______。
(2)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选出了一条清晰的纸带，并取其中的A、B、C…七个点进行研究，这七个点和刻度尺标度对应的位置如图所示。(打点计时器所用电源频率为50 Hz)
可求出A点到D点的距离是________ cm。
(3)由实验数据可得A点到D点的平均速度大小是______ m/s；B点的瞬时速度大小是______ m/s。(结果均保留两位有效数字)
(2022·青岛市高一期中)如图所示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。
由于相邻两个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，
(2)在如图直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。
根据表格中数据和在(1)中求出的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。
(3)如果当时交流电源的频率f＝51 Hz，而计算时仍按f＝50 Hz处理，那么速度测量值将______。(填“偏大”“偏小”或“相等”)(已知T＝ )
如图所示，当滑块通过光电门时，光电计时器记录了遮光条通过光电门的时间，而遮光条的宽度d已知，且非常小。由于滑块通过光电门的时间Δt非常短，在这段时间内滑块的运动可以近似看作匀速直线运动，所以可认为遮光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的平均速度，即v＝
用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度。已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4 mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.04 s。
(1)则滑块经过光电门位置时的速度大小为_________。
(2)为使 更接近瞬时速度，下列正确的措施是______。A.换用宽度更窄的遮光条B.换用宽度更宽的遮光条C.提高测量遮光条宽度的精确度D.使滑块的释放点更靠近光电门
瞬时速度表示运动物体在某一时刻(或经过某一位置时)的速度，当Δt→0时， 可看成物体的瞬时速度，Δx越小，Δt也就越小，A项正确，B项错误；
提高测量遮光条宽度的精确度，不能减小Δt，C项错误；使滑块的释放点更靠近光电门，滑块通过光电门时的速度可能更小，时间更长，D项错误。
阅读课本，了解借助位移传感器测速度的原理。
如图所示是用“位移传感器”测量小车速度的示意图，这个系统由在同一直线上且等高的A、B两个小盒组成，A盒装有红外线和超声波发射器，B盒装有红外线和超声波接收器。A盒被固定在向右运动的小车上，B盒固定在桌面上，测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲(即持续时间很短的一束红外线和一束超声波)，B盒接收到红外线脉冲时开始计时，接收到超声波脉冲时停止计时，若两者的时间差为t1，空气中声速为v0，红外线在A与B之间的传播时间可忽略。问：(x1、x2、Δx未知)
(1)发射红外线脉冲和超声波脉冲时A与B之间的距离为______。
由于红外线在A与B之间的传播时间可忽略，根据匀速直线运动规律得A、B间的距离为x1＝v0t1。
(2)经过短暂的Δt时间后，进行第二次测量，此次接收两者的时间差为t2，已知小车在远离B，则小车运动的速度大小为________。
1.电火花打点计时器是一种使用________(填“直流”或“交流”)电源的计时仪器，其工作电压为________ V；若电源的频率为50 Hz，则每相邻两个计时点间的时间间隔为________ s；若在实验时电源的电压突然减小且实验者并不知道，那么实验根据纸带上的数据计算某段时间内的平均速度值与实际值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)，若在实验时电源频率变低，而实验者并不知道，则平均速度测量值与实际值相比_______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
2.(2023·北师大附中高一期中)在“测量纸带的速度”的实验中，得到如图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度，下列用来计算打D点时纸带速度的表达式中误差最小的是
3.(2022·昆明市黄冈实验学校期中)一打点计时器所用电源频率是50 Hz。如图所示，纸带上的0点先通过打点计时器，0至3点之间历时_____ s，位移为__________ m，这段时间内纸带运动的平均速度大小是____ m/s，打2点时纸带运动的速度大小是____ m/s。
4.如图所示的A、B、C三条纸带，是某同学练习使用打点计时器时得到的纸带(纸带的左端连接小车)，电源频率为50 Hz。
(1)从点迹的分布情况可以断定：纸带_____是匀速通过打点计时器的，纸带_____是越来越快的，纸带_____是开始越来越快，后来又越来越慢的。(均填“A”“B”或“C”)
打点计时器打点的时间间隔相同，若纸带做匀速运动，则打出的点间距是相等的，若纸带做加速运动，则打出的点间距越来越大，若纸带做减速运动时，则打出的点间距越来越小。
(2)如果图中纸带C是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、4、5，那么相邻两个计数点之间还有____个计时点没有标出；相邻计数点之间的时间间隔为_____ s。各计数点之间的距离如图中所示，则小车通过“1”计数点的速度大小v1＝______ m/s，通过“3”计数点的速度大小v3＝________ m/s。(后两空结果均保留3位有效数字)
相邻两个计数点之间还有4个计时点没有标出，两计数点间的时间间隔T＝0.1 s，通过“1”计数点的速度大小可用0、2计数点间的平均速度大小表示，则有v1＝
通过“3”计数点的速度大小可用2、4计数点间的平均速度大小表示，则有v3＝ ＝0.180 m/s。
5.如图是用打点计时器测小车瞬时速度时得到的一条纸带的一部分，从0点开始按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x1＝5.18 cm,1、2间的距离x2＝4.40 cm,2、3间的距离x3＝3.62 cm,3、4间的距离x4＝2.78 cm,4、5间的距离x5＝2.00 cm,5、6间的距离x6＝1.22 cm。(每0.02 s打一次点)
(1)在实验中，使用打点计时器时应先_________再_________(均选填“释放纸带”或“启动电源”)。
(2)根据上面的记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时小车的速度值并填在表中。
某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示，相邻两计数点的时间间隔Δt＝2×0.02 s＝0.04 s，则
(3)根据(2)中求出的数据，在图中画出小车的速度—时间图像，并说明小车速度变化的特点。
描点并连线得小车的速度—时间图像，如图所示，由图像可知，小车速度逐渐减小。
6.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，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1的时间为Δt1＝0.29 s，通过光电门2的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，则滑块通过光电门1的速度大小为________m/s，通过光电门2的速度大小为________m/s。(结果均保留两位有效数字)
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。
7.如图是实验中得到的一条纸带，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)，依照打点的先后次序编为1、2、3、4、5、6，测得x1＝1.22 cm，x2＝2.00 cm，x3＝2.78 cm，x4＝3.62 cm，x5＝4.40 cm，x6＝5.18 cm。
(1)相邻两计数点间的时间间隔为T＝________s。
因为相邻两计数点间还有4个计时点，所以相邻两计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s。