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人教版必修一·新课标·物理第四节实验：用打点计时器测速度人教版必修一·新课标·物理知识与技能1．知道电磁打点计时器和电火花计时器的构造和工作原理；2．会利用打出的纸带判断物体的运动时间和相应时间内的位移；3．会根据打点的纸带计算某段时间内的平均速度和某点时的瞬时速度．学习目标人教版必修一·新课标·物理过程与方法1．通过本节的学习了解打点计时器的使用方法；2．通过本实验的具体操作，体会粗略确定物体速度的方法，会求某段时间的平均速度和某一时刻的瞬时速度．情感、态度与价值观通过本节课的学习，了解物理学在处理实际问题的实际应用，从而增强将物理知识应用于实践的意识．人教版必修一·新课标·物理1．构造：线圈、永久磁铁、振片、振针、限位孔、复写纸、纸带等，如下图所示．人教版必修一·新课标·物理2．电磁打点计时器使用交流电源，电压在6V以下．3．工作原理：接通交流电源后，线圈中产生周期性变化的磁场，振片被磁化，其极性随线圈中磁场的变化而变化，于是振片和永久磁铁之间就产生周期性的引力和斥力，振片就上下振动，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上打上一系列的点．4．当电源频率是50Hz时，它每隔0.02s打一个点．5．使用电磁打点计时器时，通电以前，把纸带穿过限位孔．再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面．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．人教版必修一·新课标·物理1．电火花计时器使用交流电源，工作电压是220V.2．电火花计时器的构造如下图所示．主要由脉冲输出开关、正负脉冲输出插座、墨粉纸盘、纸盘轴等构成．人教版必修一·新课标·物理3．计时原理：电火花计时装置中有一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50Hz时．它每隔0.02s打一个点．人教版必修一·新课标·物理4．两种计时器的比较：电磁打点计时器电火花计时器电源性质6V以下交流电源220V交流电源(频率50Hz)打点频率打点时间间隔0.02s、频率50Hz打点时间间隔0.02s、频率50Hz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、限位盘的摩擦；振针与纸带打点接触时的摩擦纸带与限位孔、限位盘的摩擦精确比较电火花计时器比电磁打点计时器更精确人教版必修一·新课标·物理5、注意事项：①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。人教版必修一·新课标·物理1．实验目的：①练习使用电火花计时器；②利用打上点的纸带研究物体的运动情况．2．实验器材：电火花计时器、纸带、刻度尺、导线、电源．人教版必修一·新课标·物理3．实验步骤：①把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，检查两条纸带是否已经正确地穿过限位孔，墨粉纸盘是否夹在两条纸带中间．②把计时器上的电源插头插在220V的交流电源上．③按下脉冲输出开关，用手水平地拉动两条纸带，纸带上就打了一系列小点．④取下纸带，从能看得清的某个点开始，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n个点，点的间隔数为(n－1)个，用t＝0.02s×(n－1)就可以算出纸带的运动时间．⑤用刻度尺测量一下打下这些点时，纸带通过的距离Δx有多长．人教版必修一·新课标·物理⑥利用公式v＝Δxt计算出纸带在这段时间内的平均速度，把测量和计算的结果填入表一中．⑦在纸带上找出连续的6个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F，用直尺量出相邻点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3、Δx4、Δx5，如下图所示，把数据填入表二中．根据这些数据，运用你学过的知识，判断纸带的运动是匀速运动还是变速运动，并把判断结果和理由写清楚．人教版必修一·新课标·物理1．测平均速度的方法在纸带上选取两个点，测出位移Δx和时间Δt，则ΔxΔt是纸带在这段时间内的平均速度．2．测瞬时速度的方法如果不要求很精确，用ΔxΔt求出的平均速度可以代表Δx范围内某点的瞬时速度，并且Δx越小，Δt越短，平均速度越接近于某点的瞬时速度．如图所示的纸带上E点的瞬时速度可用D，F间的平均速度表示．人教版必修一·新课标·物理3．注意事项(1)在实际计算中并不是Δx越小越好，因为Δx过小会使测量误差较大，因此应根据实际情况选取两点来测量Δx.(2)如图所示的纸带D，F两点间的平均速度，不但能代表E点的瞬时速度，还能代表D，F间其他点的瞬时速度．人教版必修一·新课标·物理1．以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法在坐标系中描出物体在各个时刻的速度，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，叫速度—时间图象．2．速度—时间图象反映了物体的速度随时间变化的规律．根据速度—时间图象可以作出哪些判断或得出哪些结论？人教版必修一·新课标·物理(1)读出物体在某时刻的速度或物体的某一速度所对应的时刻．在右图中，0时刻的速度为v0，t时刻的速度为vt.(2)求出物体在某段时间内速度的变化量或物体发生某一速度变化所经历的时间．在图中，0～t时间内速度的变化量为Δv＝vt－v0.人教版必修一·新课标·物理(3)判断运动方向．根据速度的正、负判断运动方向，速度为正，表示物体沿正方向运动；速度为负，表示物体沿负方向运动，在下图中，0～t3时间内物体沿正方向运动，t4～t6时间内，物体沿负方向运动．人教版必修一·新课标·物理(4)比较物体速度变化的快慢．在v－t图象中，直线的倾斜程度(斜率)反映了物体速度改变的快慢，倾斜程度越大，表示速度改变得越快，倾斜程度越小，表示物体的速度改变得越慢，直线不倾斜(平行于时间轴)，表示物体的速度不变．在图中，不难看出，物体在0～t1时间内比在t2～t3时间内速度变化得慢，在t4～t5时间内比在t5～t6时间内速度变化得慢．人教版必修一·新课标·物理例1在使用电磁打点计时器以前应检查以下哪些方面的内容()A．所用电源是否符合要求B．纸带是否平整C．打点周期的等时性是否良好D．复写纸安装是否正确答案：ABCD典型例题解析人教版必修一·新课标·物理解析：选用合适的电源，是保证打点计时器安全、正常工作的前提；纸带是否平整，影响到纸带运动时受到的阻力，纸带平整时阻力比较小；打点周期性是否良好直接决定着实验结果的误差大小；复写纸的安装是否正确，影响着打点的清晰度．根据以上分析可见，四个选项的内容都是实验前应该检查的．人教版必修一·新课标·物理规律总结：使用打点计时器时，应注意以下几方面的问题：(1)打点的频率等于交流电的变化频率．(2)振针过高、过低、过松均会影响打点的质量．(3)为保证打出的第1个点对应于物体运动的初始时刻，应先接通电源，后让物体开始运动．人教版必修一·新课标·物理变式训练1在使用打点计时器时，有关以下注意事项或实验操作，正确的内容是()A．每打完一列点迹就要切断电源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D．侧向移动限位孔位置，在一条纸带上可以打出两列点，这样能够提高纸带的利用率答案：ACD人教版必修一·新课标·物理解析：每打完一列点就要切断电源，是为了防止线圈过热而损坏；圆形复写纸是套在定位轴上的，定位轴可以移动，每打完一列点后移动一下定位轴，以充分利用复写纸的各个部位，可保证打点清晰；限位孔也可以侧向移动，但在移动时要保证两限位孔纵向对齐，移动后要把螺钉拧紧．正确答案是A、C、D.人教版必修一·新课标·物理例2关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是()A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动B．点迹变稀，说明纸带做加速运动C．点迹变密，说明纸带做加速运动D．相邻两点间的时间间隔相等答案：ABD人教版必修一·新课标·物理解析：打点计时器的振针打点的频率一定(50Hz)，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密．人教版必修一·新课标·物理规律总结：(1)选取一条点迹清晰的纸带为研究对象．(2)分析纸带上点与点之间间隔的变化情况．(3)若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动．人教版必修一·新课标·物理变式训练2当纸带与运动物体相连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上点痕的说法中正确的是()A．点痕记录了物体运动的时间B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．点痕在纸带上的分布情况反映了物体的质量和形状D．纸带上点痕的分布情况反映了物体的运动情况答案：ABD人教版必修一·新课标·物理解析：点痕可以记录物体的运动时间，相邻两点之间的时间间隔为0.02s，只要在纸带上数出间隔数n，就可以求出运动的时间间隔n×0.02s，所以A正确；物体的始末位置可以用纸带上对应的点来表示，可以得出相应时刻的位置，用刻度尺测量始末位置对应点的距离，可以得出物体的位移，所以B正确；纸带上点痕的疏密程度可以表示相应时间内通过的距离，所以可以表示物体运动的快慢，因此D正确；点痕可以反映物体的运动情况，但是不能反映物体的质量和形状，因此C错误．所以说法正确的是A、B、D.人教版必修一·新课标·物理例3如图为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两点选定的计数点．根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时刻纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？人教版必修一·新课标·物理答案：231.25cm/s212.50cm/s不能不知时间分析：根据平均速度和瞬时速度的定义式求解．人教版必修一·新课标·物理解析：根据平均速度和瞬时速度的定义式求解．AD段的平均速度vAD＝ADtAD＝43.25－15.500.02×2×3cm/s＝231.25cm/s.当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故B点的瞬时速度vB＝ACtAC＝32.50－15.500.02×2×2cm/s＝212.50cm/s.无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，因而不知道OD段的时间间隔．人教版必修一·新课标·物理规律总结：求平均速度和瞬时速度的步骤(1)从纸带上选取一段作为研究过程．(2)找出该段纸带对应的位移Δx，数出相应的时间间隔Δt.(3)利用v＝ΔxΔt求出该段的平均速度，若某点包含在该段位移中，可用ΔxΔt表示该点的瞬时速度．人教版必修一·新课标·物理变式训练3下图是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为0.02s，纸带旁边是一把最小刻度为1mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：(1)在AC这段时间内的平均速度；(2)在B点的瞬时速度．人教版必修一·新课标·物理答案：(1)AC段的平均速度v＝0.22m/s(2)B点的瞬时速度vB＝0.22m/s人教版必修一·新课标·物理解析：(1)根据平均速度的定义，AC这段时间内的平均速度就等于A到C的位移跟所用时间的比值．位移的大小可以从刻度尺上直接读出：x＝4.00cm，A到C共10个点，9个时间间隔，所以A到C所用的时间t＝0.02s×9＝0.18s，所以AC这段时间内的平均速度v＝xt＝4.00×10－2m0.18s＝0.22m/s；人教版必修一·新课标·物理(2)根据公式vB＝ΔxΔt来计算B点的瞬时速度．为了尽量精确地反映物体在B点的运动快慢，我们尽量在靠近B点的地方取得数据，例如取靠近B点的左右两个点，左边点在