一章　運動的描述 第4節(jié) 實驗用打點計時器測速度課件 新人教版必修1

1、4　實驗：用打點計時器測速度,,1．了解電磁打點計時器和電火花計時器的基本構(gòu)造及工作原理．2．能夠正確使用打點計時器．3．能根據(jù)紙帶分析、處理物體的運動問題，通過紙帶計算平均速度．4．理解v－t圖象的含義，并能利用v－t圖象解決有關(guān)問題．,一、認識打點計時器1．構(gòu)造如下圖所示是電磁打點計時器和電火花打點計時器的結(jié)構(gòu)圖，要求能夠了解各部件的名稱及作用．,電磁打點計時器,電火花打點計時器,2．工作原理(1)電磁打點計時器：它是利

2、用電磁感應(yīng)原理打點計時的一種儀器．當(dāng)接在10 V以下(一般保證在4 V以上)的低壓交流電源上時，線圈的磁場方向周期性改變，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動起來，位于振片一端的振針就跟著上下振動而打點，這時如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列點跡．振片的振動周期與電源的電流變化周期一致，當(dāng)電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔為0.02 s.,(2)電火花打點計時器：它是利用火花

3、放電在紙帶上打出點跡的計時儀器．當(dāng)接通220 V交流電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上就打出一系列點跡．當(dāng)電源頻率為50 Hz時，它也是每隔0.02 s打一次點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔也是0.02 s.,3．兩種打點計時器的比較,,1.對電磁打點計時器和電火花計時器的有關(guān)說法中，正確的是(　　)A．電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交

4、流電B．兩種打點計時器的打點頻率與交流電源的頻率一樣C．電火花計時器在紙帶上打點是靠振針和復(fù)寫紙D．電磁打點計時器在紙帶上打點是靠電火花和墨粉,【解析】　電磁打點計時器在紙帶上打點是靠振針和復(fù)寫紙，電火花計時器在紙帶上打點是靠電火花和墨粉，所以C、D錯誤．【答案】　AB,二、用電磁打點計時器測量瞬時速度1．測量原理(1)用打點計時器測量瞬時速度的方法：如下圖所示，測量出包含E點在內(nèi)的DF兩點間的位移Δx和時間Δt，算出紙帶在

5、這兩點間的平均速度 ，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過E點時的瞬時速度．,(2) 可以大致表示E點的瞬時速度．D、F兩點離E點越近，算出的平均速度就越接近E點的瞬時速度．然而D、F兩點距離過小則測量誤差增大，應(yīng)根據(jù)實際情況選取這兩個點．(3)科學(xué)方法：由 可知，用平均速度代表瞬時速度的條件是Δt→0，即Δt很小，這樣做體現(xiàn)了一種極限思想，這是一種科學(xué)的近似方法．,2．實驗步驟(1)如圖甲，把電磁打點計時器固定在

6、桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙片套在定位軸上，并且壓在紙帶上面．,(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到低于10 V的低壓交流電源上．(3)接通電源開關(guān)，用手水平地拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點(如圖乙)．,(4)關(guān)閉電源，取下紙帶，從能看得清的某個點數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點；打下這些點，紙帶的運動時間t是多少；打下這些點，紙帶通過的位移x是多少，并用刻度尺測出這個位移；利用公式v＝ 算出紙帶在這段時

7、間內(nèi)的平均速度．(5)得出每段的平均速度，在要求不是很精確的情況下，此值就可以認為是該段紙帶上任一點的瞬時速度．(6)在紙帶上找出連續(xù)的6個點，分別標(biāo)上記號A、B、C、D、E、F，用刻度尺測量出相鄰的兩個點間的距離x1、x2、x3、x4、x5，把數(shù)據(jù)填入下表．根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以判斷紙帶的這段運動是勻速運動還是變速運動.,,(1)打點計時器在紙帶上應(yīng)打出輕重合適的小圓點，如遇到打出的是短橫線，應(yīng)調(diào)整一下振針與復(fù)寫紙片之間的高度，使之增

8、大一點．必要時要進行調(diào)節(jié)或更換器材．(2)使用打點計時器時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶，打完紙帶后及時關(guān)閉電源．(3)釋放物體前，應(yīng)使物體停在靠近打點計時器的位置．,(4)使用電火花打點計時器時，應(yīng)注意把兩條紙帶正確穿好，墨粉紙盤夾在兩紙帶之間；使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面．(5)物體運動時，速度應(yīng)快一些，以避免點跡太密集．,,2.,打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中

9、得到一條紙帶，用厘米刻度尺測量情況如圖所示，紙帶在A、C間的平均速度為________　m/s，A、D間的平均速度是_______m/s，B點的瞬時速度更接近于_______m/s.,三、用圖象來表示速度為了更直觀地反映物體的運動情況，我們可以用速度—時間圖象來表示速度隨時間的變化規(guī)律．,【答案】　0.35　0.43　0.35,1．基本特征以速度v為縱軸、時間t為橫軸，建立平面直角坐標(biāo)系，根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值，在坐標(biāo)

10、系中描出一系列點，再用平滑曲線把這些點連接起來，就得到了一條能夠描述速度v與時間t變化關(guān)系的圖象(v-t圖象)，簡稱速度圖象．圖象上的任一點表示某時刻的瞬時速度．勻速直線運動的速度圖象是一條與時間軸平行的直線，如右圖所示,2．物理意義,速度—時間圖象(即v-t圖象)反映的是速度隨時間的變化關(guān)系，它并不是物體的運動軌跡．速度不同的勻速直線運動的v-t圖象，都是平行于時間軸的直線，但它們在縱軸上的截距不同，縱軸的截距表示的是速度的大?。缬?/p>

11、圖所示，a、b、c的速度分別為va、vb和vc，且va>vb，vc是負值，說明速度的矢量性，其方向和正方向相反．,3．圖象與坐標(biāo)軸包圍的面積v-t圖象不但可以直觀地反映速度隨時間變化的規(guī)律，而且可以反映某段時間t內(nèi)發(fā)生的位移，這段時間內(nèi)對應(yīng)的位移就等于v-t圖象與坐標(biāo)軸及t的末時刻線所圍面積的數(shù)值．如上圖所示，在時間t0內(nèi)b所發(fā)生的位移等于b與時間軸所夾的“面積”，即圖中的陰影部分．t軸上方的面積表示沿正方向發(fā)生的位移；t軸下

12、方的面積表示沿負方向發(fā)生的位移，它們的代數(shù)和表示總位移．,3.質(zhì)點做勻速直線運動，從O點經(jīng)時間t1到達A點，如下圖所示的圖象中，能正確表示該質(zhì)點運動圖象的是(　　),【解析】　A圖象表明質(zhì)點為靜止?fàn)顟B(tài)，B圖象的斜率k＝ 為一常數(shù)，即質(zhì)點的速度不變，是勻速直線運動，C圖象表明質(zhì)點的速度不變，也是勻速運動，D圖反映質(zhì)點的速度在不斷增大，因此只有B、C符合題意，故選B、C.【答案】　BC,〔思考與討論〕怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙

13、帶的平均速度？如果紙帶上的點跡分布不均勻，那么，點跡密集的地方表示運動的速度較大還是較小？,【點撥】　測出紙帶上兩點間的距離，數(shù)一下兩點間有多少個時間間隔，即有多少個0.02 s，用距離除以時間即得到平均速度．點跡密集，表示相同時間內(nèi)發(fā)生的位移小，即運動的速度較小．〔說一說〕百米賽跑時運動員的速度從始至終不變嗎？如果有變化，你估計是怎樣變化的？某位運動員百米賽跑的成績是10.57 s，按照你的估計畫出他在這段時間的v－t圖象的草

14、圖．如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的v－t圖象的形狀可能有什么不同？,【點撥】　運動員的百米賽跑中，速度變化較大．大致可以分為三個階段：啟動階段，速度從零迅速增大；中間階段，這一階段速度幾乎不變；沖刺階段，速度逐漸增加到最大．如圖甲所示．,甲如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐漸減小，如圖乙所示．,乙,,如上圖所示的四條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點計時器得到的紙帶(紙帶的左端先通過打點計時器)．從點

15、跡的分布情況可以斷定：紙帶　　　　是勻速通過打點計時器的，紙帶_____是越走越快的，紙帶_____ 是開始越走越快，后來又越走越慢的．若所用電源的頻率是50 Hz，圖中D紙帶，從A點通過計時器到B點通過計時器，歷時_____ s，位移為　　　　m，這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速度是_____ m/s，BC段的平均速度是　　　　m/s，AD段的平均速度是_____ m/s.,【解析】　速度是單位時間內(nèi)物體所通過的位移．紙帶上每相鄰兩點間的時

16、間間隔相等，因此物體勻速運動時，相鄰兩點間的距離相等，所以A、C紙帶是勻速通過打點計時器的；B紙帶相鄰兩點間距離越來越大，則速度越來越大，因此B紙帶是越來越快地通過打點計時器的；D紙帶相鄰兩點間的距離先變大，后變小，說明速度先變大后變小，因此D紙帶是開始越來越快，后來又越來越慢．所用電源的頻率是50 Hz，則相鄰兩點間的時間間隔為0.02 s，從A點到B點有兩段時間間隔，所以時間為0.04 s，位移為0.27 m，這段時間的平均速度為=

17、，代入數(shù)值得平均速度為6.75 m/s.BC段的位移為22 cm，即0.22 m，所用時間為0.02 s，代入上式得平均速度為11 m/s.而AD段的位移為63 cm，即0.63 m，所用時間為0.08 s，代入上式得平均速度為7.88 m/s.【答案】　A、C　B　D　0.04　0.27　6.75　11　7.88,1－1：如下圖所示，是某同學(xué)練習(xí)使用打點計時器得到的紙帶，紙帶的左端先通過打點計時器，從點跡的分布情況可以斷定紙帶的速度

18、變化情況是______，若所用電源頻率為50 Hz，從打下A點到打下B點，共16個點跡，歷時______s，位移為______m.這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速度為______m/s.,【解析】　由于紙帶上各點之間的間隔先變大后變小，所以紙帶運動速度的變化情況是先變大后變小．由A到B，紙帶運動的時間為Δt＝(n－1)T＝(16－1)×0.02 s＝0.3 s由圖可知，紙帶的位移Δx＝0.054 9 m＝5.49×10

19、－2m紙帶的平均速度為：v＝ ×10－2 m/s＝0.183 m/s.【答案】　先變大后變小　0.3 s　5.49×10－2 m　0.183 m/s,,汽車沿平直公路行駛，小明坐在駕駛員旁邊注視速度計，并記下間隔相等的各時刻的速度值，如下表所示：根據(jù)小明的記錄內(nèi)容，試完成下列問題：(1)從表中數(shù)據(jù)得到汽車在各段時間內(nèi)的特點：在0～15 s內(nèi)，汽車的速度在變化，時間每經(jīng)過5 s速度增大_____

20、___km/h；在15～30 s內(nèi)汽車速度不變，速度大小為______km/h；在30～45 s內(nèi)汽車速度在變化，每5 s速度減小________km/h.,(2)請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出對應(yīng)的v－t圖象．(3)如果認為在0～15 s內(nèi)速度變化是均勻的，你能在圖象中找出汽車在7.5 s時的速度值嗎？,【解析】　(1)分析小明記錄的數(shù)據(jù)得出答案為：10；50；15.(2)根據(jù)小明記錄的各個時刻的速度，首先在速度—時間坐標(biāo)系中描出對

21、應(yīng)點，連接各點得到速度圖象．如右圖所示．(3)從圖象中可以得到汽車在7.5 s時的速度為35 km/h.,2-1：在做“用打點計時器測速度”的實驗時，某同學(xué)得到了如右圖所示的一條紙帶．圖中所示數(shù)字為各點距第一點的距離，單位是cm.(1)設(shè)計一個表格，將測量得到的物理量和計算出的各相鄰時間間隔內(nèi)的平均速度填入表格中．(2)畫出v－t圖象判斷紙帶運動的性質(zhì)．,【解析】　(1)經(jīng)測量，相鄰時間間隔內(nèi)的位移Δx如下表所示可得出平均速度.

22、(2)在v－t圖上，表示出速度隨時間變化的圖象，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)的平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運動．,【答案】　見解析,,,,如右圖所示是一個物體運動的v-t圖象，從以下三個方面說明它的速度是怎樣變化的．(1)物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度？(2)運動的方向是否變化？(3)速度的大小是否變化？怎樣變化？,【解析】　從v-t圖象上看，判斷初速度主要看t=0時刻的速度是否為零，即看圖線的縱軸截距；

23、判斷運動方向要看速度的正負，即圖線在t軸上方還是t軸下方；判斷速度大小的變化要看圖線的走向，即圖線離t軸的距離變化．【答案】　(1)有初速度　(2)運動方向變化，0～t3之間運動方向不變，與正方向相同為同一方向，t3之后方向改變，為負方向(3)速度先變大后不變再變小而后又反向變大．,【易錯警示】　本節(jié)容易出現(xiàn)的錯誤，是混淆v-t圖象、x-t圖象和運動軌跡的關(guān)系，不能由圖象提取準確的信息而轉(zhuǎn)換成運動過程，這也是需要努力克服的一個難點．