高一物理必修1 1.4《實驗：用打點計時器測速度》學案1（人教版）

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111 一、實驗原理 1．兩種打點計時器(電磁打點計時器和電火花計時器)在接通50 Hz的交流電源時，打點時間間隔都是0.02 s. 2．當紙帶跟運動物體連在一起時，打點計時器打在紙帶上的點就相應地表示出物體在不同時刻的位置，紙帶上各點之間的間隔就表示相應時間間隔中物體的位移，根據(jù)平均速度的定義式＝，當Δt很短時，可以認為等于t時刻的瞬時速度． 二、實驗器材 打點計時器(電磁打點計時器或電火花計時器)、紙帶、刻度尺、交流電源、導線等． 兩種打點計時器的比較： 電磁打點計時器 電火花計時器 電源種類 6V以下低壓交流電源 220 V交流電源 打點頻率 打點時間間隔0.02 s、 頻率50Hz 打點時間間隔0.02 s、 頻率50Hz 打點方式 振針通過復寫紙在紙帶上打點 火花放電使墨粉在紙帶上成點 阻力來源 紙帶與限位孔的摩擦； 振針與紙帶打點接觸時的摩擦 紙帶與限位孔的摩擦； 摩擦阻力比電磁打點計時器小 電火花計時器比電磁打點計時器更精確，實驗誤差小。 三、實驗步驟 1．把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙的下面． 2．把電磁打點計時器的兩個接線柱用導線分別與電源的接線柱相連接． 3．打開電源開關，用手水平地拉動紙帶使它在水平方向上運動，紙帶上就打下了一系列點． 4．關閉電源，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，如果共有n個點，那么點的間隔數(shù)為n－1個，紙帶的運動時間Δt＝0.02(n－1) s. 5．用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到最后的點間的距離Δx. 6．利用公式＝，計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度． 7．從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點,在后面便于測量的地方找一個開始點,以后依次每五個點取一個計數(shù)點,并標明A、B、C、D…，如圖所示，測出O到A、A到B、B到C…之間的距離x1、x2、x3…. 四、數(shù)據(jù)處理 1．表格法 打點計時器打點的周期為T，則A、B、C、D…各點的瞬時速度分別為： vA＝、vB＝、vC＝，vD＝… 把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運動。 位置編號 1 2 3 4 5 6 (Xn+Xn+1)/m v/(m/s) 2．圖象法 (1)圖象的描繪：以速度v為縱軸、時間t為橫軸，在方格紙上建立直角坐標系．根據(jù)測得的速度值在坐標系中描點，然后用平滑的曲線將這些點連接起來，就得到了一條能夠描述紙帶運動的速度v與時間t關系的圖象．稱為速度—時間圖象，簡稱速度圖象，即v-t圖象． (2)v-t圖象的意義 v-t圖象非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，它并不是物體運動的軌跡． (3)v-t圖象中反映的物理量 ①任一時刻瞬時速度的大小。 ②速度的方向。 速度為正，表示物體沿規(guī)定的正方向運動， 速度為負，表示物體沿規(guī)定的正方向的反方向運動． ③從v-t圖象上可以直觀的看出速度隨時間的變化情況 ④勻速直線運動的圖象是一條平行于t軸的直線 五、注意事項和誤差分析（略） 二、典例分析： 題型一、打點計時器的原理及使用 例1、電磁打點計時器是一種使用___________電源的計時儀器，它的工作電壓為________，當電源頻率為50 Hz時，它每隔________s打一次點．使用電磁打點計時器時，應將紙帶穿過______，復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并要放在紙帶的________面；應把__________電源用導線接在接線柱上；打點時應先________，再讓紙帶運動． 題型二、紙帶的測量、分析和計算 例2、 如圖所示為某次實驗時打出的紙帶，打點計時器每隔0.02 s打一個點，圖中O點為第一個點，A、B、C、D為每隔一點選定的計數(shù)點．根據(jù)圖中標出的數(shù)據(jù)，紙帶上A、C兩點對應的時間為______s，紙帶在A、D間的平均速度為______cm/s，打B點時紙帶的瞬時速度為______cm/s，你能求出打O、D點時間內(nèi)紙帶的平均速度嗎？為什么？答：____ ______ _____. 變式練習：打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中得到的一條紙帶，用毫米刻度尺測量情況如圖145所示，紙帶在A、C間的平均速度為________m/s，在A、D間的平均速度為________m/s，B點的瞬時速度更接近于________m/s. 111