高一物理-打点计时器

第4节 实验：用打点计时器测速度1．图1为电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称分别是图1①______；②______；③________；④______；⑤______；⑥______；⑦______；⑧______.2．电磁打点计时器和电火花计时器的原理______，它们打点的方式______，电磁打点计时器靠振针和复写纸打点，电火花计时器靠________________打点．使用电火花计时器时，纸带运动时受到的阻力______，因而实验误差______．3．用打点计时器测瞬时速度，打过点的纸带，如图2所示．图2根据量出A 、D 间的距离Δx 和时间间隔Δt 算出A 、D 间的平均速度v ＝ΔxΔt.用这个速度代表纸带经过B 点时的__________，如果Δt 再小一些(如A 、C 之间或A 、B 之间)用平均速度代表某点的瞬时速度会__________．4．在直角坐标系中，用纵轴表示______，用横轴表示______，根据实验记录的数据在坐标系中______，然后用一条平滑曲线______这些点，这条曲线就是v －t 图象，它能直观地表示质点速度随时间变化的情况．5．使用电火花计时器在纸带上打点时，合理的操作顺序应该是( ) A ．接通电源的同时用手牵动纸带 B ．可以随意操作，没有先后顺序之分C ．先接通电源，待打点稳定后再用手牵动纸带D ．先用手牵动纸带，后接通电源6．运动的物体拉动打点计时器下面的纸带一起运动时，纸带上就打下了一系列的小点，这些小点相应地表示出了( ) A ．物体运动的时间B ．物体在不同时刻的位置C ．物体在不同时刻的速度D ．物体在不同时间内的位移7．如图所示为同一打点计时器打出的4条纸带，其中，平均速度最大的是( )【概念规律练】知识点一 打点计时器的原理1．电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定______内发生______的仪器，它使用______电源，由学生电源供电，工作电压在______以下．当电源的频率是50 Hz 时，它每隔______打一个点．通电前把纸带穿过________再把套在定位轴上的复写纸片压在纸带的______．接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，______便振动起来，带动其上的______上下振动．如果物体带动纸带运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的______．电火花计时器是利用______在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器．使用时，墨粉纸盘套在______上，并夹在两条纸带之间．接在______电源上，电压为______ V ，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴产生火花放电．当电源频率为50 Hz时，它每隔______时间打一次点，并且这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力较____，实验误差较____．2．电磁打点计时器振针打点周期决定于( )A．交变电压的高低B．交变电流的频率C．永久性磁铁磁性的强弱D．振针与复写纸间的距离知识点二打点计时器的使用3．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打点计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面B．使用打点计时器时应先接电源，再拉动纸带C．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行D．使用电磁打点计时器和电火花打点计时器都应将计时器先固定在桌子上4．某学生在用打点计时器做测定匀速直线运动的实验时，其开始时的装配图如图3所示，其中有错误与不妥之处，请把它找出来．图3知识点三实验数据的处理5.图4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，用毫米刻度尺测量情况如图4所示，纸带上A、C两点对应的时间间隔为________s，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.二者之间B点的瞬时速度更接近于________ m/s.6．如图5所示是打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，试求打点计时器打下B、C、D各点时的瞬时速度：v B＝____________ m/s，v C＝________m/s，v D＝________m/s.图5【方法技巧练】应用v－t图象表示物体的运动7.图6图6是一个物体运动的v－t图象，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？8.图7某物体沿一直线运动，其v－t图象如图7所示，则下列说法中正确的是( )A．第2 s内和第3 s内速度方向相反B．第2 s内和第3 s内速度方向相同C．第2 s末速度方向发生变化D．第5 s内速度方向与第1 s内方向相同1．下列关于打点计时器的说法中，正确的是( )A．打点计时器可以连续工作很长时间，前后两次打点之间，只要时间间隔很短，完全可以在前一次打完点后不关闭电源B．在正常工作的情况下，打点计时器每打两次点的时间间隔相等C．纸带通过电火花计时器时，不会受到摩擦阻力的作用D．电火花计时器是一种比电磁打点计时器先进的计时器，因此，使用电火花计时器进行实验，结果一定比使用电磁打点计时器更精确2．下列说法中正确的是( )A．电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样B．电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电压一样C．电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电频率是一样的D．电磁打点计时器和电火花计时器打点的时间间隔都是0.02 s3．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点痕的说法正确的是( )A．点痕记录了物体运动的时间B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状D．点在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况4．打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，其相邻点间的时间间隔是T，若纸带上共打出N个点，这条纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是( )A．T＝0.1 s，t＝NTB．T＝0.05 s，t＝(N－1)TC．T＝0.02 s，t＝(N－1)TD．T＝0.02 s，t＝NT5．关于打点计时器打在纸带上的点，下列叙述正确的是( )A．必须从第一个点开始选取整条纸带B．根据情况选取点迹清晰的部分纸带C．选取的第一个点记数为1，到第n个点的时间间隔为0.02n sD．选取的第一个点记数为1，到第n个点的时间间隔为0.02(n－1) s6．一物体做直线运动的图象如图8所示，则该物体( )图8A．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相同B．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相反C．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相同D．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相反7．如图9所示为一物体做匀变速直线运动的图象．由图象作出的下列判断中正确的是( )图9A．物体始终沿正方向运动B．物体先沿负方向运动，在t＝2 s后沿正方向运动C．在t＝2 s前物体位于出发点负方向上，t＝2 s后位于出发点正方向上D．在t＝2 s时，物体距出发点最远8.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况．在这一实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有(1)________________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________．A．拉住纸带，将小车靠近打点计时器，放开纸带，再接通电源．B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路．C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码．D．取下纸带．E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔．将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上．________________________________________________________________________9．电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，它的工作电压是________ V，当电源的工作频率是50 Hz时，它打点间隔是________ s.一个同学在用电火花计时器研究小车的运动时，打出了一条纸带如图10所示，测出相邻各点间的距离分别为：AB＝1.99 cm，BC＝3.01 cm，CD＝4.00 cm，DE＝4.00 cm，EF＝4.01 cm，FG＝4.98 cm，GH＝6.01 cm，HI＝3.98 cm，由以上数据可知该小车的运动特点是(需说明理由)：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.图1010．一同学利用打点计时器打出的纸带分析小车的运动速度时，从几条纸带中选出了一条不很完整的纸带，如图11所示．纸带上有六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50 Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位是厘米．图11(1)计算0～6点之间的平均速度；(2)打点计时器打第4个点时小车的瞬时速度接近多少？第4节 实验：用打点计时器测速度课前预习练1．①接线柱 ②线圈 ③永久磁铁 ④振片 ⑤振针 ⑥限位孔 ⑦复写纸 ⑧纸带2．相同 不同 电火花和墨粉 较小 较小 3．瞬时速度 更精确4．速度 时间 描点 拟合 5．C 6.ABD 7.B 课堂探究练 1．时间 位移 交流 6伏 0.02 s 限位孔 上面 振片 振针 位移 电火花 纸盘轴 交流 220 0.02 s 小 小 2．B3．BCD [A 选项中，都应该把纸带穿过限位孔，但在使用电磁打点计时器时，是把轴上的复写纸片压在纸带的上面．而电火花计时器，是把墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条纸带之间(若用一条纸带时，是把墨粉纸放在纸带的上面)．B 选项中先接电源，再拉动纸带，这样可以保证让尽可能多的点打在纸带上，能较好地控制实验进行，B 正确．C 选项中拉动纸带的方向与限位孔平行，能减小纸带与限位孔之间的摩擦，C 正确．为了防止实验过程中计时器的移动，实验前都要先把计时器固定在桌子上．] 4．电源 小车位置解析 电磁打点计时器用交流电源而非直流电源，所以错误处是电源．开始时小车的位置离滑轮太近，致使纸带打点太少，所以不妥之处是小车位置． 5．0.04 0.35 0.42 0.35 6．0.26 0.30 0.34解析 v B ＝x AC 2T ＝52.00×10－32×0.1m /s ＝0.26 m /sv C ＝x AD －x AB 2T ＝(84.00－24.00)×10－32×0.1m /s ＝0.30 m /sv D ＝x AE －x AC 2T ＝(120.00－52.00)×10－32×0.1m /s ＝0.34 m /s7．(1)具有一定的初速度 (2)变化 (3)变化；先变大再不变再变小后反向变大 解析 (1)由图象可知，在t ＝0时，v ≠0，所以物体具有一定的初速度．(2)在0～t 3这段时间内，速度为正值，说明物体沿正方向运动，t 3时刻以后，速度为负值，说明物体沿与正方向相反的方向运动，所以物体运动的方向发生了变化．(3)速度的大小发生变化，在0～t 1时间内逐渐增大，t 1～t 2时间内速度大小不变，t 2～t 3时间内速度逐渐减小，在t 3时刻速度为零，在t 3时刻以后，速度反向，但大小又在逐渐增大方法总结 (1)v －t 图象是用图象直观地反映速度随时间变化的工具．图象上每一点表示某一时刻的速度，随时间的推移可反映速度的变化．速度为矢量，其正负表示速度的方向． (2)v －t 图象表示的是速度随时间变化的关系，而不是物体运动的轨迹． 8．B课后巩固练 1．BD 2.ACD3．ABD [打点计时器打下的点记录了物体的位置，而点的个数又记录了物体运动的时间，点间的距离记录了物体运动的位移，故可反映物体的运动情况．]4．C [电源频率f ＝50 Hz ，则相邻点间的时间间隔T ＝1f ＝150s ＝0.02 s ，纸带上共打出N 个点，则有N －1个时间间隔即t ＝(N －1)T ，C 正确．] 5．BD6．A [根据图象可知，物体速度先增大后减小，即先做加速运动，后做减速运动．由于图线在时间轴上方，速度方向都为正，方向相同，故选项A 正确．]7．BD [物体的运动方向即为速度方向．由图象知，在t ＝2 s 前，速度为负，物体沿负方向运动，2 s 后速度为正，物体沿正方向运动，A 是错的，B 是正确的．物体的位置由起点及运动的位移决定．取起点为原点则位置由位移决定．在v －t 图象中，位移数值是图象与坐标轴所围的面积．由图象可知t<2 s 时物体的位移为负，t ＝2 s 时绝对值最大．t ＝2 s 后，位移为负位移与正位移的代数和，绝对值减小，所以t ＝2 s 时位移绝对值最大即物体离出发点最远，所以D 正确，C 错，所以选B 、D .] 8．(1)A 中应先接通电源，再释放纸带(2)D 中取下纸带前应先断开电源 顺序：BECAD 9．交流220 0.02①小车的运动是变速运动，因为在相同时间内的位移不相等；②小车在CF 段的运动可近似看做匀速运动，因在同样的计时间隔内的位移近似相等． 10．(1)0.68 m /s (2)0.83 m /s解析 (1)0到6点间的平均速度为：v ＝Δx Δt ＝2.80＋4.40＋5.96＋7.57＋9.10＋10.716×(0.02×5)×10－2 m /s ＝0.676 m /s ≈0.68 m /s (2)当打点计时器打第4个点时，小车的瞬时速度应当最接近于3～5点间的平均速度，则v 4＝Δx 35Δt 35＝7.57＋9.102×(0.02×5)×10－2m /s ＝0.834 m /s ≈0.83 m /s第5节 速度变化快慢的描述——加速度5．CD6．CD [加速度的方向与速度变化的方向相同，与速度方向无关，但加速度与速度方向相同时，物体加速，反之则减速，本题正确选项为C 、D .] 7．B课堂探究练 1．BD2．C [因为两物体的运动方向相同，即速度方向相同，加速度一正一负，说明加速度方向相反，两者只有一个是做加速运动，所以A 错；加速度的负号说明加速度的方向与所取的正方向相反，比较加速度的大小时，应比较加速度的绝对值．乙的加速度的绝对值大，所以它的速度变化快，B 、D 错；所以本题应选C .] 3．见解析解析 速度的变化由图线可以直接看出，而加速度的变化需要看图线上各点的斜率如何变化．如题图可知：在0～t 1时间内质点的速度逐渐增大，且不是匀变速直线运动，v －t 图象的倾斜程度逐渐减小，图象的斜率逐渐减小，即加速度逐渐减小，速度增加得越来越慢；在t 1～t 2时间内，质点的速度为v 1，加速度为零．点评 加速度只反映速度变化的快慢，不反映速度的大小，加速度大，速度变化得快；加速度小，速度变化得慢；加速度为零，速度不变，即质点做匀速直线运动或静止．4．3 m /s 2 向东 匀加速直线 0 匀速直线 1.5 m /s 2向西 匀减速直线5．加速过程中：加速度为2 m /s 2，加速度方向与初速度方向相同刹车过程中：加速度为12.5 m /s 2，加速度方向与初速度方向相反 解析 以初速度的方向为正方向， 有v 0＝5 m /s ，v ＝25 m /s ，t ＝10 s ，则a ＝v －v 0t ＝25－510m /s 2＝2 m /s 2.a 为正值，表示其方向与初速度方向相同．对于刹车阶段：v ＝25 m /s ，v ′＝0，t ′＝2 s .则a ′＝v ′－v t ′＝0－252m /s 2＝－12.5 m /s 2.a ′为负值，表示其方向与初速度方向相反．6．200 m /s 2解析 飞行员在弹离过程中时间为Δt ＝0.1 s ，速度由0变为20 m /s .加速度a ＝Δv Δt ＝20－00.1m /s 2＝200 m /s 27．BCD8．AB [由图象可知，在0～t 1时间内加速度为正，速度也为正，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t 1～t 2时间内加速度为负，速度为正，加速度方向与速度方向相反，故质点做减速运动；在t 2～t 3时间内加速度为负，速度也为负，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t 3～t 4时间内加速度为正，速度为负，加速度方向与速度方向相反，质点做减速运动．]方法总结 要判断一个运动是加速运动还是减速运动，要根据加速度方向与速度方向的关系来确定，不能单独根据加速度的正负来确定．9．(1)4 m /s 2(2)加速度相同 (3)物体做沿负方向的加速度为负且不变的加速直线运动解析 (1)物体在第1秒内，速度从0增加到4 m /s ，故加速度大小a 1＝Δv/Δt ＝4－01m /s 2＝4 m /s 2.(2)第2秒和第3秒内的加速度相同，该过程中物体的加速度a 2＝a 3＝Δv Δt ＝0－43－1 m /s 2＝－2 m /s 2.在第4秒内，物体的速度从0至－2 m /s ，故该过程中加速度a 4＝Δv Δt ＝－2－04－3m /s 2＝－2 m /s 2.可见，第2秒和第4秒内的加速度相同．(3)在第4秒内，物体做沿负方向的加速度为负且不变的加速直线运动．点评 根据题意把抽象复杂的物理过程表示成物理图象，将物理量之间的代数关系转变为几何关系，运用图象直观、简明的特点来分析解决物理问题，能达到化难为易的目的． 课后巩固练1．D 2.D 3.AD4．BD [加速度为2 m /s 2，其物理意义就是物体的速度每1 s 改变2 m /s . ]5．ABC [若开始时，加速度方向和速度相同，只要加速度不为零，速度即增大，A 对；若开始时加速度方向与速度相反，速度即减小，速度减小到零后开始反向，加速度减到零后变为匀速，若加速度减到零后还没有反向，则这时速度减到最小，而做匀速运动，所以B 、C 对．] 6．AD7．C [平均加速度a ＝Δv Δt ＝v 2－(－v 1)Δt＝500 m /s 2，方向向左，C 正确．]8．BCD9．C [由题图可知v 0＝20 km /h ，v ＝60 km /h ，即v －v 0＝(60－20)km /h ＝40 km /h ＝1009m /s .将数据代入公式a ＝v －v 0t可得a ≈1.4 m /s 2，选项C 正确．]10．600 m /s 2方向与初速度方向相反 解析 规定来球方向为正方向，则v 0＝10 m /s ，v ＝－20 m /s ，t ＝0.05 s ，由公式a ＝v －v 0t 得a ＝－20－100.05m /s 2＝－600 m /s 2.加速度的方向与初速度方向相反(或与击回方向相同)． 11．运动员的加速度最大，速度的大小与加速度没有关系解析 设飞机、汽车、运动员的加速度分别为a 1、a 2、a 3，取运动方向为正方向，根据加速度的定义可得a 1＝0，a 2＝20 m /s －0 m /s 20 s＝1 m /s 2，a 3＝0 m /s －10 m /s 5 s＝－2 m /s 2可见，运动员的加速度最大，速度的大小与加速度没有关系．12．(1)3 m /s 2，沿运动方向 (2)0.14 m /s 2，沿运动方向 (3)－100 m /s 2，与原来运动方向相反 解析 由题中已知条件，统一单位、规定正方向后，根据加速度公式，即可算出加速度．规定以初速度方向为正方向，则(1)汽车初速度为v 0＝0，汽车末速度为：v ＝108 km /h ＝30 m /s ，所需时间t ＝10 s .由加速度定义得： a ＝v －v 0t ＝30－010m /s 2＝3 m /s 2，方向与运动方向相同．(2)汽车初速度为v 0＝54 km /h ＝15 m /s ，汽车末速度为v ＝144 km /h ＝40 m /s ，所需时间t ＝3 min ＝180 s . 由加速度定义得：a 2＝v －v 0t ＝40－15180 m /s 2＝0.14 m /s 2，方向与运动方向相同．(3)设球飞来的方向为正方向，则v 0＝8 m /s ， v ＝－12 m /s ，所以Δv ＝v －v 0＝－12 m /s －8 m /s ＝－20 m /s .则a ＝Δv Δt ＝－200.2 m /s 2＝－100 m /s 2方向与原来运动方向相反．。