【2020】最新物理新学案同步必修一讲义：第一章 运动的描述4

知识内容用打点计时器测速度
考试属性
√
课时要求
1.知道电磁打点(电火花)计时器的构造及工作原理.
2.掌握打点计时器的使用方法，知道相邻两点间的时间间隔.
3.理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法，会计算瞬时速
度，会借助传感器测速度.
4.能用实验数据描绘v－t图象，并能根据图象分析物体的运动.
一、打点计时器及其原理
电磁打点计时器电火花计时器结构示意图
打点原理电磁作用下振针上下周期性振动
打点
脉冲电流经放电针、墨
粉纸盘到纸盘轴放电打
点
工作电压 6 V以下低压交流电源220 V交流电源打点周期(电
源
频率为50 Hz)
0.02 s0.02 s
阻力来源纸带与限位孔、复写纸的摩擦，
纸带与振针的摩擦
纸带与限位孔、墨粉纸
盘的摩擦，比前者小
功能功能相同，都是计时仪器二、练习使用打点计时器
v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它不是(填“是”或“不是”)物体运动的轨迹.
例如，图3所示是某质点做直线运动的v－t图象.
图3
由v－t图象可知在0～4 s内速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在4～8 s内速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在8～10 s内速度随时间不断减小，表示质点做减速运动.质点在t＝0时刻
的速度为0.在5 s末的速度大小为15 m/s.
一、打点计时器的应用原理及操作
例1 使用打点计时器测量瞬时速度时应注意( ) A.电火花计时器使用的电源是220 V的交流电源，电磁打点计时器使
用的是直流6 V以下
B.使用打点计时器时应先拉动纸带，再接通电源
C.使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向可以不与两限位孔平行
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
答案D 解析电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B错误；为了减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C错误；打点计时器不能长时间
连续工作，故D正确.
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不正确的是( )
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.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
答案C 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；纸带上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.
二、瞬时速度的计算和速度图象的画法例3 打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图4所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s.在A、D间的平均速度为________m/s.B点的瞬时速
度更接近于________m/s.(结果保留两位小数)
图4
答案0.35 0.42 0.35解析由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s.
A、C间的距离为14 mm＝0.014 m.
A、C间对应的时间为0.02×2 s＝0.04 s.
A、D间的距离为25 mm＝0.025 m.
A、D间对应的时间为0.02×3 s＝0.06 s
由公式v＝得：vAC＝ m/s＝0.35 m/s，vAD＝m/s≈0.42 m/s.
B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度.
例4 某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点.相邻计数点间的距离如图5所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s，电源频率为50 Hz.(本题计算结
果均保留3位有效数字)
图5
(1) 在实验中，使用打点计时器时应先_______再________(填“释放
纸带”或“接通电源”).
(2) 每两个计数点间还有________个点没有标出.
(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.1 s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下
表.
v B v C v D v E v F
数值(m/s)0.6400.721
(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图6直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.
图6
答案(1)接通电源释放纸带(2)4 (3)0.400
0.479 0.560 (4)见解析图解析(1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸
带.
(2) 每两个计数点间还有n＝－1＝－1＝4个点没有标出.
(3)vB＝3.62＋4.38×10－2,2×0.1) m/s＝0.400 m/s；
vC＝5.20＋4.38×10－2,2×0.1) m/s＝0.479 m/s；
vD＝5.20＋5.99×10－2,2×0.1) m/s≈0.560 m/s.
(4)图线如图所示：。