4 4实验实验:用打点计时器测速度用打点计时器测速度自主阅读自我检测一、两种打点计时器 自主阅读自我检测二、用打点计时器测量瞬时速度1.下图是打点计时器打出的一条纸带,若x=5cm,在D、G这两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是0.5m/s。2.上图中,可以用DG间或DF间的平均速度来代表E点的瞬时速度,你认为哪个更接近E点的瞬时速度?求某点瞬时速度时,是不是两点间的距离越小越好?为什么?提示:DF间的平均速度更接近E点的瞬时速度。不是,如果两点间的距离过小,则测量误差会增大,故应根据实际情况选取合适的两个点。自主阅读自我检测三、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50Hz,电火花计时器使用220V交流电源,频率也为50Hz)。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,并且压在纸带上面。(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到46V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。自主阅读自我检测(4)取下纸带,从能看得清的某个点开始,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t= (n-1)0.02s。(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到第n个点间的距离x。(6)利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度。(7)以纸带上能看得清的某个点作为起始点O,以后的点分别标上A、B、C、D、作为“计数点”,如图所示,依次测出O到A、A到B、B到C、之间的距离x1、x2、x3、。自主阅读自我检测四、用图象表示速度1.许多变化过程可以用图象表示出来,这样做的目的是更直观地反映变化的规律。2.物体的速度与时间的关系可以用速度时间图象描述,以速度v为纵轴,时间t为横轴建立坐标系,在坐标系中,根据时刻与瞬时速度对应的坐标值描点。自主阅读自我检测3.下图是一位同学根据测量数据在坐标系中描出的点,他应该用折线将各点连起来,还是应该用平滑的曲线将各点连起来?为什么?提示:用平滑的曲线将各点连起来。因为速度的实际变化总是比较平滑的,所以,如果用一条平滑曲线来拟合坐标系中描出的点,曲线反映的规律会与实际情况更接近。自主阅读自我检测1.正误辨析(1)两种打点计时器使用的电源都是220V的交流电源。()解析:电火花计时器使用220V交流电源,电磁打点计时器使用46V交流电源。答案:(2)使用50Hz的交流电源,两种打点计时器的打点时间间隔都是0.02s。()解析:打点计时器使用50Hz的交流电源,打点时间间隔为0.02s。答案:(3)电火花计时器工作时,纸带运动时受到的阻力较小。()解析:电磁打点计时器打点时振针对纸带有摩擦力,而电火花计时器没有这种摩擦力。答案:自主阅读自我检测(4)纸带上两较近点间的平均速度可以代表这两点间某点的瞬时速度。()解析:计算纸带上某点的瞬时速度时,可用该点附近两点间的平均速度来代表这点的瞬时速度。答案:(5)作速度时间图象时,先描点,再将各点用折线连接起来。()解析:应该用平滑的曲线将各点连接起来。答案:自主阅读自我检测2.如果打点计时器打出的一条纸带上的点越来越稀疏,说明纸带运动的速度怎样变化?答案:速度越来越大。3.有同学说描出的v-t图象就是物体运动的轨迹,这种说法对不对?为什么?答案:不对。v-t图象表示速度随时间变化的规律,而不是运动轨迹。知识点一知识点二数据处理数据处理问题导引某同学用打点计时器打出的一条纸带如图所示,他测量了一些相邻点间的距离如图所示,请你分析纸带运动的速度变化。知识点一知识点二要点提示:(1)根据打出的纸带,算出的各计数点的速度见下表。可见纸带运动的速度越来越大。(2)用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立平面直角坐标系,在图中作出物体的v-t图象。由图象可得纸带运动的速度是越来越大的。知识点一知识点二知识归纳处理纸带数据的方法(1)表格法:知识点一知识点二(2)利用v-t图象分析物体的运动:v-t图象:用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系。根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图所示的v-t图象。知识点一知识点二v-t图象的意义:v-t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况,它并不是物体运动的轨迹。图象法的优点:图象法是处理实验数据的常用方法之一。运用图象法处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易懂,可以减小偶然误差,可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。知识点一知识点二典例剖析【例1】如图所示是做用打点计时器测速度实验时得到的一条纸带的一部分,从0点开始依照打点的先后每两个点取一个计数点依次标为0、1、2、3、4、5、6,现测得0、1间的距离x1=5.18cm,1、2间的距离x2=4.40cm,2、3间的距离x3=3.62cm,3、4间的距离x4=2.78cm,4、5间的距离x5=2.00cm,5、6间的距离x6=1.22cm(每0.02s打一次点)。知识点一知识点二(1)根据测量数据,计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中。(2)根据(1)中表格,在图中画出小车的速度时间图象,并说明小车速度变化的特点。知识点一知识点二解析:(1)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知识点一知识点二(2)描点并连线得小车的速度时间图象。由图象可知,小车速度均匀减小。答案:见解析知识点一知识点二实验误差分析和注意事项实验误差分析和注意事项问题导引下图是某同学用打点计时器打出的一条纸带,他用刻度尺测量了一些相邻点间的距离如图所示,你认为他这样测量有什么缺点?怎样做更有利于减小实验误差?要点提示:每次测量一小段距离都会产生较大的误差。为了减小这样测量带来的误差,方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数点O的距离,再分别计算出各计数点间的距离。知识点一知识点二知识归纳1.实验误差分析(1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移x来求平均速度。(2)分段测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数点O的距离,再分别计算出各计数点间的距离。(3)计数点间的时间t算错。几个计数点间的时间间隔为t=(n-1)0.02s,而非t=n0.02s。(4)作v-t图象没有使用坐标纸、刻度尺,坐标单位选定的不合理,作图粗糙带来误差。知识点一知识点二2.注意事项(1)打点前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。(2)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)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(可先统一测量出各个计数点到起始点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。知识点一知识点二典例剖析【例2】(多选)使用打点计时器时应注意()A.无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B.使用打点计时器时应先接通电源,再拉动纸带C.使用打点计时器时,拉动纸带的方向应与限位孔平行D.打点计时器只能连续工作较短时间,打点之后要立即关闭电源解析:电磁打点计时器使用复写纸,电火花计时器不用复写纸,故A错;实验时应当先接通电源,再拉动纸带,故B正确;为减小摩擦,拉动纸带的方向应当与限位孔平行,故C正确;打点计时器不能长时间连续工作,故D正确。答案:BCD知识点一知识点二变式训练变式训练(多选)当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列关于纸带上点迹的说法中正确的是()A.点迹记录了物体运动的时间B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况D.纸带上的点越密,说明物体运动得越快解析:从打点计时器的用途出发对选项进行筛选。打点计时器每隔一定的时间打下一个点,因而点迹记录了物体运动的时间,也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移;纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况,点迹越密物体运动越慢。答案:ABC123451.关于打点计时器,下列说法正确的是()A.纸带上打的点越密,说明物体运动得越快B.电火花计时器使用的是220V交流电源C.使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越长D.实验时应先释放小车,后接通打点计时器的电源解析:纸带上打的点越密,说明物体运动越慢;电火花计时器使用的是220V交流电源;因为,所以使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越短;实验时应先接通打点计时器的电源,后释放小车。B正确。答案:B123452.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,根据打点计时器打出的纸带,不经计算,通过测量可以从纸带上直接得到的物理量是()A.时间间隔B.位移C.平均速度D.瞬时速度解析:时间间隔通过数纸带上所打点的个数经过计算得出。位移可以通过测量纸带上所打点之间的距离得出。而平均速度或者瞬时速度都是依据实验数据通过计算得出。故应选B。答案:B123453.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板通过第一个光电门的时间为t1=0.29s,通过第二个光电门的时间为t2=0.11s,已知遮光板的宽度为3.0cm,则滑块通过第一个光电门的速度为,通过第二个光电门的速度为。12345解析:由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短,所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示。答案:0.10m/s0.27m/s123454.在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中,某同学有如下操作步骤,其中错误的步骤是,有遗漏内容的步骤是。A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,松开纸带后再接通电源B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端,并接好电路C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码D.取下纸带E.放手,使小车在平板上运动F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善以后合理的序号排列为。12345解析:应先接通电源,后松开纸带,所以A项错误;在取下纸带前应先断开电源,所以D项有遗漏;按实验操作顺序,合理的序号排列为BFCAED。答案:ADBFCAED123455.在探究小车速度随时间变化规律的实验中:(1)打点计时器使用的电源为(选填“交流”或“直流”)电源。(2)下列操作中正确的有(填选项代号)。A.在释放小车前,小车要靠近打点计时器B.打点计时器应放在长木板的有滑轮一端C.应先接通电源,后释放小车D.电火花计时器应使用低压6V以下交流电源(3)电火花计时器正常工作时,其打点的周期取决于。A.交流电压的高低B.交变电流的频率C.墨粉纸盘的大小D.纸带的长度12345(4)实验中,打点计时器接50Hz的交变电流,打出的一条纸带如图所示。A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的计数点。相邻计数点之间有四个点未画出(即相邻两点的时间间隔为0.1s),各点间的距离如图所示,则在打D点时,小车的速度为m/s。(计算结果保留两位有效数字)12345解析:(1)打点计时器使用的电源为交流电源。(2)在释放小车前,小车要靠近打点计时器,选项A正确,B错误;应先接通电源,后释放小车,选项C正确;电火花计时器应使用220V交流电源,选项D错误。故选A、C。(3)电火花计时器正常工作时,其打点的周期等于交变电流的周期,故打点周期取决于交变电流的频率,故选B。(4)在打D点时,小车的速度为答案:(1)交流(2)AC(3)B(4)0.34