高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究小车速度随时间变化的规律学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究小车速度随时间变化的规律学案，共12页。学案主要包含了实验注意事项，实验数据处理等内容，欢迎下载使用。
考点一、电磁打点计时器和电磁打点计时器的构造和工作原理。
电磁打点计时器构造和工作原理
电磁打点计时器是利用电流的磁效应打点计时的仪器。当计时器的线圈中通入交变电流时，线圈将产生磁场，由于电流是周期性变化的，所以线圈产生的磁场也是周期性变化的，振片位于磁场中被磁化，相当于条形磁铁，振针所在一端为一个磁极，其磁性随时间做周期性变化。这样，振片的这一端受永久磁铁的作用而上下运动，振片就做周期性振动，每次向下运动时带动振针在纸带上打下一个点，打点的时间间隔就是振片的振动周期，等于交变电流的周期。交流电频率为50Hz时，它每隔0.02 s打一个点，则纸带上相邻两点间的时间间隔也是0.02s。
电火花打点计时器
电火花计时器中有将正弦式交变电流转化为脉冲式交变电流的装置，当计时器接通220V交流电源时，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针和接负极的纸盘轴产生火花放电，利用火花放电在纸带上打出点迹。当电源的频率为50-Hz时，它每隔0.02s打一个点。
两种计时器的比较
练习使用打点计时器
一、实验步骤（以电磁打点计时器为例）
（1）把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面。
（2）把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源接线柱相连接。
（3）打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打下了许多小点。
（4）关闭电源，取下纸带。从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少小点。如果共有N个点，那么点的间隔数为（N-1）个，纸带的运动时间 Δt=0.02(N-1)s
（5）用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点间的距离Δx。
（6）利用公式v＝ΔxΔt​计算出纸带在这段时间内的平均速度。
（7）在纸带上取连续的6个点​用刻度尺量出相邻两个点间的距离，判断纸带的这段运动是匀速运动还是变速运动。判断依据是：若连续两点间的距离相等，则物体做匀速运 动；反之，则做变速运动。​
二、实验注意事项
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。
（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面，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0之间的距离）。读数时应估读到毫米的下一位。
三、实验数据处理
（1）根据纸带分析物体的运动情况并计算平均速度
①在纸带上相邻两点的时间间隔均为0.02s（电源频率为50Hz），所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小。
②根据v＝v＝ΔxΔt，求出任意两点间的平均速度，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积。这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。
粗略计算瞬时速度
某点E点的瞬时速度可以粗略的由包含E点在内的两点间的平均速度来表示。
应用v -t 图像来表示速度的变化规律。
考点二、计数点与计时点
题型总结
利用纸带计算平均速度与瞬时速度
1、(2021高一上·湖州期末) 将一条纸带穿过打点计时器限位孔、接通电源后，手拉纸带的一端使其做直线运动，纸带上打点情况如图所示，将其中的几个打点标记为“1”“2”“3”“4”“5”“6”。若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则（ ）
A .手拿的是纸带的右端
B .打点计时器从打“1”到打“6”过程，纸带先加速后减速
C .打点计时器从打“1”到打“6”过程的总时间是0.12s
D .“1”到“4”时间内的平均速度比“3”到“4”的平均速度大
2、 (2022·江苏会考) 某同学用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验。准确操作打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02s，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D等几个计数点，用刻度尺量得OA=1.50cm，AB=1.90cm，BC=2.30cm，CD=2.70cm。相邻两个计数点之间的时间间隔为 s。
3、 (2021高一上·顺德期中) 在练习使用打点计时器时，电源的频率为50Hz，将打点计时器固定好后，让纸带穿过限位孔与小车相连，应 （选填“先启动打点计时器，再放开小车”或“先放开小车，再启动打点计时器”），让小车拖着纸带做匀加速直线运动打出了一条纸带。现截取这段纸带中比较清晰的部分，如图所示，A、B、C、D、E为选取的计数点，且相邻两个计数点间还有四个计数点没有画出，两相邻计数点间的距离已在图中标出，根据纸带上的数据，可知打D点时小车的速度大小为 m/s
4、小球做直线运动时的频闪照片如图所示.已知频闪周期 T =0.1s ，小球相邻位置间距 ( 由照片中的刻度尺量得 ) 分别为 OA =6.51cm ， AB =5.59cm ， BC =4.70cm ， CD =3.80cm ， DE =2.89cm ， EF =2.00cm.
小球在位置 A 时的速度大小 v A =________________m/s ；
5、某同学利用打点计时器装置研究小车在桌面上的直线运动。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车，在小车运动过程中，获得了如图所示的一条纸带， O 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 和 F 为纸带上的 7 个计数点，每两个相邻计数点之间还有 4 个计时点未画出。用刻度尺测得 OA =1.38cm 、 OB =3.38cm 、 OC =5.99cm 、 OD =9.21cm 、 OE =13.04cm 、 OF =17.48cm 。已知打点计时器所用交流电的频率为 50Hz 。
（ 1 ）分析纸带点迹特点可知，纸带的 ___________ （填 “ 左端 ” 或 “ 右端 ” ）与小车相连接；
（ 2 ）打出 D 点时，小车的速度大小为 ___________m/s （计算结果保留两位有效数字）
6、在做《研究匀变速直线运动》的实验时，某同学得到一条纸带，如图所示，并且每隔四个计时点取一个计数点，已知每两个计数点间的距离为s，且s1=0.96cm，s2=2.88cm，s3=4.80cm，s4=6.72cm，s5=8.64cm，s6=10.56cm，电磁打点计时器的电源频率为50Hz．计算，打第4个计数点时纸带的速度大小v=________m/s．请你依据本实验推断第6记数点和第7记数点之间的距离是________ cm．
7、图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________．
②ABCD是纸带上四个计数点，每两个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s __________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．
8、研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz.纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．
（1）部分实验步骤如下：
A．测量完毕，关闭电源，取出纸带．
B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．
C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．
D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔．
上述实验步骤的正确顺序是：________（用字母填写）．
（2）图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s.
（3）计数点5对应的瞬时速度大小的计算式为v5＝________．
（4）为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝____________．
9、某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图所示,每两点之间还有四个点没有画出来,图中上面的数字为相邻两点间的距离,打点计时器的电源频率为50Hz．
（1）打点计时器是一种使用________（填“交流”或“直流”）电源的________仪器
（2）相邻两个计数点间的时间为_________s
（3）打第4个计数点时纸带的速度v4=__________m/s（保留三位有效数字）
10、图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________．
②ABCD是纸带上四个计数点，每两个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s __________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．
（2）打点计时器的使用
1、(2022高一下·浙江期中)
（1）如图，是学校实验室中常用的打点计时器，影响该打点计时器计时周期的因素有 ____ 。
A .振针的质量B .振片的长短C .交流电源电压的大小D .交流电源的频率
（2）下图中打点计时器的使用方式正确的是 （填 “甲”或“乙”）
（3） 探究向心力大小与小球质量、角速度和半径之间关系的实验装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。
①本实验采用的科学方法是
A．放大法 B．理想实验法 C．等效替代法 D．控制变量法
②通过本实验可以得到的结果有
A．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比
B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成反比
C．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度平方成正比
D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比
2、(2021高一上·南阳期中) 电磁打点计时器和电火花打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，如图甲、乙所示。请你完成下列有关问题。
（1） 关于上述两种打点计时器，下列说法中正确的是______。
A .甲打点计时器使用直流电源，乙计时器使用交流电源B .它们都使用220V的交流电源C .当电源频率为50Hz时，它们都是每隔0.02s打一个点D .使用打点计时器时，应先释放纸带，再接通电源
（2） 某次实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。测得 ， ， ， ， ， 。则打点计时器在打B点时小车的速度 m/s，结果保留两位有效数字。
3、(2021高一上·天津市期中) 下图中的甲、乙为高中物理实验中两种常用的打点计时器，请回答下面的问题：
①图甲是 （选填“电磁”或“电火花”）打点计时器，电源应采用 （选填“交流约”“交流”或“四节干电池”）。
②某同学用电磁打点计时器研究物块做直线运动的规律，得到一条纸带，他在纸带上按打点的先后顺序取、A、、、、、等若干个计数点（每相邻两个计数点之间还有4个点未画出），相邻计数点的时间间隔用表示，各计数点间的距离如图所示。则：
时间间隔为 。段表示物块做运动 （选填“加速”或“减速”）。
答 案
利用纸带计算平均速度与瞬时速度
B
2、0.1s
先启动打点计时器，再放开小车 ；0.800
4、【答案】
0.605
【详解】
（ 1 ） [1] 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，
v A = = =0.605m/s.
5、【答案】
右端 0.35
【详解】
（ 1 ）由题意可知，小车应该做减速运动，则分析纸带点迹特点可知，纸带的右端与小车相连接；
（ 2 ）打出 D 点时，小车的速度大小为
6、【答案】
0.768； 12.48；
【详解】
在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小，故有：

根据 解得：
故答案为1.92，0.768，12.48．
7、【答案】
0.02s 0.68～0.72cm 0.100m/s
【详解】
①纸上打相邻两点的时间间隔s，
②根据刻度尺的读数原理可知A、B间的距离S=0.70cm．B、D间的时间间隔s,根据匀变速直线运动的推论,可得C点对应的速度m/s.
8、【答案】
DCBA 0.1
【详解】
(1)按常规实验步骤，先安装再操作后整理，再根据打点计时器的使用方法可知正确步骤为DCBA.
(2)因为：
T打＝s＝0.02 s
因为相邻两计数点间有4个记录点未画出，故计数点的时间间隔T＝5T打＝0.1 s.
(3)由：
得.
9、【答案】
交流; 计时; 0.1s; 1.20;
【分析】
根据电源频率计算相邻两个计时点的时间间隔，再根据每相邻两计数点之间还有四个计时点没有画出来，计算相邻两个计数点间的时间；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，可以求出打纸带上标记为4的计数点时纸带的运动速度大小．
【详解】
（1）打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器；
（2）打点计时器的电源频率f为50Hz，则相邻两个计时点的时间间隔为；每相邻两计数点之间还有四个计时点没有画出来，则两个计数点之间有5各相邻的计时点间隔，故相邻两个计数点间的时间为：T=5t=5×0.02s=0.1s；
（3）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，则有：．
【点睛】
做分析匀变速直线运动情况时，其两个推论能使我们更为方便解决问题，一、在相等时间内走过的位移差是一个定值，即，二、在选定的某一过程中，中间时刻瞬时速度等于该过程中的平均速度．
10、【答案】
0.02s 0.68～0.72cm 0.100m/s
【解析】
①纸上打相邻两点的时间间隔s，
②根据刻度尺的读数原理可知A、B间的距离S=0.70cm．B、D间的时间间隔s,根据匀变速直线运动的推论,可得C点对应的速度m/s.
（2）打点计时器的使用
1、（1）D ;(2)乙 （3）D ;AC
2、（1）C ； （2）0.40
3、电磁 ；交流电约8V ； 0.1s ；加速
项目
电磁打点计时器
电火花打点计时器
电源
6V以下低压交流电源
220V交流电源
打点频率
频率50Hz、打点间隔0.02s
频率50Hz、打点间隔0.02s
打点方式
振针通过复写纸在纸带上打点
火花放电使墨粉在纸带上成点
阻力来源
纸带与限位孔的摩擦，振针与纸带打点接触时的摩擦
纸带与限位孔的摩擦
说明
电火花打点计时器阻力较小，优先使用
记录信息
位移、时间
计时点
计数点
含义
纸带上实际打出的点
按照规则在纸带上人为划分的点
计时周期
通常情况：T=0.02s
每5个计时点取一个计数点时：T=0.10s
每4个计时点为计数点时：T=0.08s
说明
在应用中通常考虑的是计数点