用打点计时器测量速度.docx

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1、用打点计时器测量速度课时8 主备人 第一章 4 实验：用打点计时器测速度 单位 1通过练习让学生再次熟悉打点计时器的构造及使用，能根据纸带研究物体的运动情况。 2通过原理分析会根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度。 3通过对纸带分析粗略测量物体的瞬时速度。 4初步认识 v-t 图象，能根据图象分析物体运动情况。 5通过例题了解实验误差和有效数字。 例1 电磁打点计时器的打点周期取决于 A.交流电压的高低 B.交流电的频率 C.永久磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸间的距离 解析：电磁打点计时器的打点周期，即振针击打复写纸和纸带的周期，从它利用电磁感应打点的原理可知，振针是由振片带动振动的，而振片上

2、下振动的周期就是线圈中磁场变化的周期，与所用交流电源的电流方向变化周期相对应.也就是交流电的周期，等于交流电的频率的倒数，即若使用电源的频率为50 Hz，则交流电的周期为1/50 s=0.02 s.我国使用的交流电的频倒数，即若使用电源的频率为50 Hz，则交流电的周期为频率统一为50 Hz. 正确选项为B。 点悟 明确打点计时器的工作电压为什么必须是交流电。 例2 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质量和形状 D.

3、 纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况 提示 从打点计时器的用途出发对选项进行筛选。 解析 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；点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。正确选项为A、B、D。 点悟 熟悉物理仪器的用途，是做好物理实验的前提。打点计时器并不是测量长度的仪器，不要产生误解。 例3 通过打点计时器得到的一条打点纸带上，如果点子的分布不均匀，那么是点子密集的地方纸带运动速度比较大，还是点子稀疏的地方纸带运动速度比较大？为什么？ 提示 根据平均速度公式v=Dx进行讨论。 Dt解析 打

4、点计时器打点的时间间隔t保持不变，点子稀疏的地方x大，从而纸带的运动速度比较大。 点悟 对实验现象进行仔细的观察，经过认真思考和理论分析，得出正确结论，这是每个学生必须具备的基本实验素质。 例5 如图123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？ 提示 根据平均速速度和瞬时速度的定义式求解。 解析 AD段的平均速度 vAD=图123 AD43.25-15.50cm

5、/s=231.25cm/s。 =tAD0.0223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=AC32.50-15.50=cm/s=212.50cm/s。 tAC0.0222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。 点悟 注意计数点与计时点之间的区别。计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量时从计数点中按一定的标准选出的点。 例5 使用打点计时器时，如果发现纸带上打出的点不清晰，那么可能是什么原因？如何采取措施？ 提示 可从复写纸和打点两方面寻找原因。 解析 点迹不清的原因及应采取的措施主要有： 复写纸使用过久，可调

6、整复写纸位置，或更换复写纸； 电源电压过低，导致打点太轻，可适当提高电源电压； 振针位置偏高，同样会导致打点太轻，可适当调低振针。 点悟 做实验时，难免会遇到仪器发生故障。要注意培养自己发现问题、对症下药排除故障的能力，这也是一种基本的实验能力。 x/m 例6 图124是两个匀速直线运动的位移图象。哪条直线所表6 示的运动的速度大?各是多大？ 5 4 提示 可用位移图象的斜率表示速度。 3 2 解析 直线比较陡，其斜率大，故直线所表示的运动的速度1 大。以v1、v2分别表示直线、直线所表示的运动的速度，则v1=x16x6=m/s=1m/s, v2=2=m/s=2m/s。 t16t23O 1 2

7、 3 4 5 6 t/s 图124 点悟 根据匀速直线运动的位移图象，除了已知位移可求时间，已知时间可求位移外，还可根据图线的斜率求得速度。 1下列关于电火花计时器和电磁打点计时器的说法中，正确的是( ) A电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源 B两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 C电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 D电磁打点计时器打点的是电火花和墨粉 2以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤，其中有错误的操作是( ) A把打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，把复写纸片套在定位轴上，并压在纸带上面 B把打点计时器的两个接线柱分别接上导线，与46 V低压交流

8、电源相连 C用手水平地拉动纸带，然后打开电源开关 x0D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t运动的平均速度 3.小明从家中出发，沿平直的公路以一定的速率走到邮局。发信之后，沿原路以相同的速率返回。设出发时速度方向为正方向，则图中能正确描述小明运动情况的v-t图象是( ) 4沿同一条直线运动的a、b两个质点，在0t0时间内的xt图像如图所示。根据图像，下列说法正确的是( ) A质点a做周期性往返运动 Bt时刻，a、b的位移相同 C在0t时间内，a的位移大于b的位移 D在0t0时间内，a通过的路程是b通过路程的3倍，但位移相同 5如图所示是某位同学练习使用打点计

9、时器得到的纸带，纸带向左通过打点计时器，从点迹的分布情况可以看出：纸带_是匀速通过打点计时器的，纸带_是越走越快的，纸带_先是越走越快后来是越走越慢。 6用打点计时器测速度，得到如图一段纸带，测得AB7.65 cm，BC9.17 cm，已知交流电的频率为50 Hz，则打B点时物体的瞬时速度为_m/s，物体运动速度变化的特点是_。 7某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率50 Hz。在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：xA16.6 mm，xB126

10、.5 mm，xD624.5 mm。 若无法再做实验，可由以上信息推知： (1)相邻两计数点的时间间隔为_s。 (2)打C点时物体的速度大小为_ m/s。(取2位有效数字) 8如图所示是一个物体运动的vt图像，从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的。 (1)物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？ (2)运动的方向是否变化？ (3)速度的大小是否变化？怎样变化？ 9如图所示是某同学用打点计时器研究某物体运动规律时得到的一段纸带，根据图中的数据，计算物体在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度的大小，并判断物体运动的性质 10图是某质点做直线运动的vt图象，试回答： (1)AB、BC、CD段质

11、点分别做什么运动？ (2)质点在2 s末的速度多大？ 1AB 电磁打点计时器在纸带上是靠振针和复写纸打点，而电火花计时器是靠电火花和墨粉打点，所以CD均错误。 2C 复写纸应在纸带上面，A正确；电磁打点计时器使用6 V以下的交流电，B正确；应该先接通电源，后拉动纸带，C错误；D项中是测平均速度的一种常用方法。 3.B 规定出发时速度方向为正方向，返回时速度方向为负方向，C错误；由于速率不变，所以D错误；A图表示两个物体的运动，A错；B图中说明该同学在邮局停留一段时间，再以原速率返回，故B正确 4ABD 由题中图像可以看出：t0时，a、b的位移均为零，表明a、b同时从同一点开始运动，a朝正方向运

12、动，b向相反的方向运动，a做周期性的往返运动，b有可能也做周期性的运动。t时刻，a、b的位移均为5 m；在0t时间内，a、b的位移都是5 m，位移相同。在0t0时间内，a运动的路程是30 m，b运动的路程是10 m；它们在t0时刻都回到了出发点，在0t0时间内，a、b的位移均为零。故选项A、B、D均正确，C错误。 5甲 乙 丙 从打点计时器打好的纸带看，每相邻两个点迹之间的时间间隔相等，都是0.02 s，图甲中纸带相邻的点迹间的距离相等，说明这条纸带是匀速运动的。纸带乙的相邻的点迹间的距离越来越大，说明相等的时间内位移越来越大，说明物体的速度越来越快。纸带丙所描述的是相邻点迹间的距离先增加后减

13、小，说明纸带运动是先快后慢的。 ABBC7.65 cm9.17 cm16.82 cm/s16.82 m/s62.10 速度增大 vBvAC4T40.02 s40.02 cm/s42 m/s2.10 m/s。相邻两计时点之间的距离随时间逐渐增大，故物体做加速运动，即速度增大。 7(1)0.1 s (2)2.5 m/s 由打点计时器的工作电压频率和打出的纸带上每隔4个点取一个计数点，可知相邻两计数点的时间间隔为T50.02 s0.1 s。虽然计数点C至计数点D之间有污染，但只要知道BD间的距离就可以根据“平均速度等于中间时刻的瞬时速度”这一xDxB结论算出C点的速度，即vC2.5 m/s。 2T8

14、(1)有初速度。 (2)运动方向变化，0t3之间运动方向不变，与正方向相同为同一方向，t3之后方向改变，为负方向。(3)速度先变大后不变再变小而后又反向变大。 从vt图像上看，判断初速度主要看t0时刻的速度是否为零，即看图线的纵轴截距；判断运动方向要看速度的正负，即图线在t轴上方还是t轴下方；判断速度大小的变化要看图线的走向，即图线离t轴的距离变化。 x9通过数相邻计数点间的间隔个数，找出每段的时间，然后利用平均速度公式v进t行计算 x11.90vAB cm/s19 cm/s0.19 m/s， t150.02x22.40vBC cm/s60 cm/s0.60 m/s， t320.02x31.2

15、0vCD cm/s60 cm/s0.60 m/s， t30.02x42.38vDE cm/s59.5 cm/s0.595 m/s. t420.02由以上计算结果可知，在误差允许的范围内，物体先加速运动后匀速运动 10(1)AB段表示质点做加速运动；BC段表示质点做匀速运动；CD段表示质点做减速运动 (2)质点在2 s末的速度是7.5 m/s. 根据vt图象可知在AB段速度随时间不断增加，所以AB段表示质点做加速运动；在BC段速度不随时间而变化，所以BC段表示质点做匀速运动；在CD段速度随时间不断减少，所以CD段表示质点做减速运动质点在2 s末的速度由vt图象可知是7.5 m/s. 利用位移传感

16、器测物体间的距离与速度 内容：如图1-4-6所示是运动传感器的原理图，这个系统由A、B两个小盒组成的，A盒装有红外线发射器和超声波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器，A盒被固定在运动的小车上.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，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,空气中的声速为v0. 图1-4-6 问题：A与B之间的距离为多少？ 经过短暂的t后，进行第二次测量，此时的时间差为t2,A与B之间的距离又为多少？ 运动物体的速度是多少？ 参考解析： A与B之间的距离为：x1=v0t1。 经过短暂的t后，进行第二次测量，此时的时间差

17、为t2,A与B之间的距离为x2=v0t2。 运动物体的速度是:v=Dxt2-t1=v0。 DtDt设计意图：通过活动探究，进一步拓宽学生视野，开拓学生思维，使学生了解科技、社会的发展现状及物理学在实际中的应用，以有效激发学生学习物理的浓厚兴趣。 两种传感器测速度的原理 第一种运动传感器测速原理 如图1414是一种运动传感器的原理图这。个系统由A、B两个小盒子组成，A盒装有红外线发射器和超声波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器，A盒固定在被测的运动物体上，测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声脉冲，B盒收到红外线脉冲时，开始计时，收到超声波脉冲时计时停止。根据两者时差和空气中的声速

18、，计算机自动算出A与B的距离。雷雨时可以根据闪电与雷声的时差计算雷电发生地的距离，与这里计算A、B距离的道理是一样的。 经过短暂的时间t后，传感器和计算机系统自动进行第二次测量，得到物体的新位置。x出两个位置差，即物体运动的位移x，系统按照vt算出速度，显示在荧光屏上。 第二种传感器测速原理 如图1415所示，这个系统只有一个不动的盒子B。工作时小盒B向被测物体发出短暂的超声波脉冲，脉冲被运动物体反射后又被B盒接收，根据发射与接收超声波脉冲的时间差可以得到B盒与运动物体的距离，这个道理与雷达测距的道理一样。 再经t时间后，又测出B盒与运动物体的距离，得到物体的新位置，算出两个位置差，x即物体运

19、动的位移x，系统按照vt算出速度。 气垫导轨和数学计时器 研究物体的运动时，除了使用打点计时器计时外，还常用数字计时器。 数字计时器常与气垫导轨配合使用。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气，两者不会直接接触这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。 计时系统的工作要借助于光源和感光器。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间的长短，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以计算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出0.001s的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。