高中物理 第1章 運(yùn)動(dòng)的描述 4 實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度課件 新人教版必修1.ppt

4 實(shí)驗(yàn):用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2.理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并測量瞬時(shí)速度。 3.理解速度時(shí)間圖象的意義,掌握描點(diǎn)法畫圖象的方法,并畫出該實(shí)驗(yàn)中的速度時(shí)間圖象。,二、實(shí)驗(yàn)原理 1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用,2.根據(jù)紙帶分析物體的運(yùn)動(dòng)情況并能計(jì)算平均速度 (1)在紙帶上相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔均為0.02 s(電源頻率為50 Hz),所以點(diǎn)跡密集的地方表示紙帶運(yùn)動(dòng)的速度很小。 (2)根據(jù) ,求出在任意兩點(diǎn)間的平均速度,這里x可以用刻度尺測量出兩點(diǎn)間的距離,t為兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔數(shù)與0.02 s的乘積。這里必須明確所求的是哪兩點(diǎn)之間的平均速度。,3.瞬時(shí)速度的測定 跟運(yùn)動(dòng)物體連在一起的紙帶上打出的點(diǎn)記錄了物體在不同時(shí)刻的位置,如圖,若測E點(diǎn)的瞬時(shí)速度,可測出D、F兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x和時(shí)間t,E點(diǎn)的瞬時(shí)速度就可用D、F間的平均速度 來表示。,說明:在粗略計(jì)算E點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí),可利用公式 來求解,但須注意的是,如果取離E點(diǎn)越接近的兩點(diǎn)來求平均速度,這個(gè)平均速度越接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度,但是距離太小會(huì)使測量誤差增大,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)。,4.v-t圖象與其畫法 為了更直觀地反映物體的運(yùn)動(dòng)情況,我們可以用v-t圖象來表示速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。 以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,根據(jù)計(jì)算出的不同時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)速度值,在坐標(biāo)系中描點(diǎn),最后用平滑曲線把這些點(diǎn)連接起來就得到了一條能夠描述速度v與時(shí)間t關(guān)系的圖象。,三、實(shí)驗(yàn)器材 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源(頻率是50 Hz,電火花計(jì)時(shí)器使用220 V交流電源,頻率也為50 Hz)。,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上,紙帶穿過限位孔,把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上,并且壓在紙帶上面。 2.把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到 46 V的低壓交流電源上。 3.接通電源開關(guān),用手水平拉動(dòng)紙帶,使它在水平方向上運(yùn)動(dòng),紙帶上就打下一系列點(diǎn)。 4.取下紙帶,從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開始,往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn),如果共有n個(gè)點(diǎn),那么n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為n-1個(gè),則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t= (n-1)×0.02 s。 5.用刻度尺測量出從開始計(jì)數(shù)的點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)間的距離x。 6.利用公式 計(jì)算出紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度。,7.把紙帶上能看得清的某個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)O,以后的點(diǎn)分別標(biāo)上A、B、C、D、作為“計(jì)數(shù)點(diǎn)”,如圖所示,依次測出O到A、A到B、B到C、之間的距離x1、x2、x3、。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1.數(shù)據(jù)處理 (1)表格法:,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直線運(yùn)動(dòng)。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(2)利用v-t圖象分析物體的運(yùn)動(dòng): v-t圖象: 用橫軸表示時(shí)間t,縱軸表示速度v,建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn),然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來,即得到如圖所示的v-t圖象。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,v-t圖象的意義: v-t圖象非常直觀地反映了速度隨時(shí)間變化的情況,它并不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡。 圖象法的優(yōu)點(diǎn):圖象法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法之一。運(yùn)用圖象法處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點(diǎn),如可以使物理規(guī)律直觀易懂,可以減小偶然誤差,可以方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理數(shù)據(jù)等。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好,以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng),并要先輕輕試?yán)垘?應(yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。 (2)使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí),應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后,再拉動(dòng)紙帶。 (3)手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些,以防點(diǎn)跡太密集。 (4)使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí),應(yīng)注意把紙帶正確穿好,墨粉紙盤位于紙帶上方;使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),應(yīng)讓紙帶穿過限位孔,壓在復(fù)寫紙下面。 (5)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),如打出的點(diǎn)較輕或是短線,應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。 (6)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長時(shí)間,打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(7)對紙帶進(jìn)行測量時(shí),不要分段測量各段的位移,正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個(gè)測量點(diǎn)到起始測量點(diǎn)O之間的距離)。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,3.實(shí)驗(yàn)誤差分析 (1)利用平均速度來代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移x來求平均速度。 (2)分段測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成,即一次測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離,再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。 (3)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間t算錯(cuò)。幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t=(n-1)×0.02 s,而非t=n×0.02 s。 (4)作v-t圖象不用坐標(biāo)紙、刻度尺,坐標(biāo)單位選定的不合理,作圖粗糙帶來誤差。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,【例題1】 (多選)關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理和使用方法,下列說法正確的是( ) A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源,交流頻率通常為50 Hz B.如果紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn),則相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.08 s C.如果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)先密集后稀疏,則說明紙帶的速度由小變大 D.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在220 V交流電源上,電火花計(jì)時(shí)器接在6 V交流電源上 解析:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交變電流,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用6 V以下的低壓交流電源;電火花計(jì)時(shí)器使用220 V交流電源,紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn),則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔是0.1 s,選項(xiàng)A、C正確。 答案:AC,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,【例題2】 在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電流的頻率為50 Hz,記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖所示,在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5的6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,紙帶旁并排放著帶有最小分度為毫米的刻度尺,零點(diǎn)跟“0”計(jì)數(shù)點(diǎn)對齊,由圖可以讀出三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、3、5跟0點(diǎn)的距離填入下列表格中。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,答案:1.20 5.40 12.00 0.21,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,【例題3】 某同學(xué)在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí),得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖,在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)以O(shè)、A、B、C、D、E和F,每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50 Hz。,(1)如果測得C、D兩點(diǎn)間距x4=2.70 cm,D、E兩點(diǎn)間距x5=2.90 cm,則據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算在打D點(diǎn)時(shí)的速度公式為 ,小車的速度值vD= m/s。(保留三位有效數(shù)字),實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(2)該同學(xué)分別算出其他點(diǎn)的速度:vA=0.220 m/s,vB=0.241 m/s, vC=0.258 m/s,vE=0.300 m/s,請?jiān)O(shè)計(jì)表格將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格中,并在坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象,設(shè)O點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。,(3)由所作v-t圖象判斷小車的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的?,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,點(diǎn)撥:在計(jì)算紙帶上某個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí),可以該點(diǎn)為中心,對稱地選一段距離x,找出通過x所用的時(shí)間t,該點(diǎn)的瞬時(shí)速度即可表示為 。時(shí)間越小,平均速度越接近瞬時(shí)速度。建立速度時(shí)間坐標(biāo)系,根據(jù)所求的瞬時(shí)速度,選好標(biāo)度,確定計(jì)時(shí)起點(diǎn)(本題以O(shè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)),描出對應(yīng)時(shí)刻的速度,連線畫出v-t圖象。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,解析:(1)D點(diǎn)為CE的中間時(shí)刻,所以可以認(rèn)為D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE間的平均速度,即 代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得vD=0.280 m/s。 (2)實(shí)驗(yàn)表格:,(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)得v-t圖象如圖所示,從圖象上可以看出物體速度隨時(shí)間均勻增大,所以小車做勻加速運(yùn)動(dòng)。,答案:見解析,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是( ) A.交流220 V B.直流220 V C.交流10 V以下 D.直流10 V以下 答案:C,1,2,3,4,2.(多選)在“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的實(shí)驗(yàn)中,除電源、紙帶外,還需選用的儀器是( ) A.停表 B.刻度尺 C.速度計(jì) D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 解析:由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)的間隔數(shù)可知任意兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔,故不需要停表,再利用刻度尺測出兩點(diǎn)間的位移就可進(jìn)一步求出平均速度,故不需要速度計(jì)。實(shí)驗(yàn)中需要用刻度尺測量紙帶上各點(diǎn)間的位移。 答案:BD,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,3.(多選)在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是( ) A.先接通電源,后拉動(dòng)紙帶 B.先拉動(dòng)紙帶,后接通電源 C.電火花計(jì)時(shí)器使用6 V以下的交流電源 D.連續(xù)n個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間的時(shí)間為(n-1)×0.02 s 解析:實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)先接通電源,再拉動(dòng)紙帶,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓為220 V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn),連續(xù)n個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間的時(shí)間為(n-1)×0.02 s,選項(xiàng)D正確。 答案:AD,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,4.利用實(shí)驗(yàn)“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”有關(guān)知識(shí),回答下列問題: (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源應(yīng)為 ; A.干電池3節(jié) B.學(xué)生電源直流輸出 C.學(xué)生電源交流輸出 D.蓄電池 (2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T,學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條紙帶的一部分如圖,則打B點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的速度為 。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,探究三,當(dāng)堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,4,解析:(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源為低壓交流電源,選項(xiàng)C正確;(2)打B點(diǎn)時(shí)紙帶的速度可認(rèn)為等于從A到C過程中的平均速度,即 。,答案:(1)C (2),