物理必修1(人教版)
第四课时实验:用打点计时器测速度
水平测试
1.(双选)一学生在练习使用电磁打点计时器时,纸带上打出的不是圆点,而是一些短线,这可能因为()
A.打点计时器错接在直流电源上
B.电源电压不稳定
C.打点计时器使用的电压过高
D.振针到复写纸片的距离太小
解析:电压过高、振针到复写纸片的距离太小,使振针振动中与纸带接触时间过长.
答案:CD
2.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()
①电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源②两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样③电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸④电磁打点计时器打点的是电火花和墨粉
A.①②B.③④
C.①③D.②④
解析: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③④均错误.故A项正确.
答案:A
3.下列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哪一条(打点时间间隔均相同)?()
答案:A
4.如图所示是某位同学练习使用打点计时器得到的纸带,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.
解析: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0.02s,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大.纸带丙所描述的是相邻点迹间的距离先增加后减小,说明纸带运动是先快后慢的.
答案:甲乙丙
5.用打点计时器测速度,得到如图所示一段纸带,测得AB=7.65cm,BC=9.17cm,已知交流电的频率为50Hz,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________________________________________________________________________.
解析:vB=v-AC=AB+BC4T=7.65cm+9.17cm4×0.02s=16.82cm4×0.02s=16.82×10-2m4×0.02s=16.824×2m/s=2.10m/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.
答案:2.10速度增大
6.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,电源频率为50Hz.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:xA=16.6mm,xB=126.5mm,xD=624.5mm.
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)
解析: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T=5×0.02s=0.1s.虽然计数点C至计数点D之间有污染,但只要知道B、D间的距离就可以根据“平均速度等于中间时刻的瞬时速度”这一结论算出C点的速度,即vC=xD-xB2T=2.5m/s.
答案:(1)0.1(2)2.5
素能提高
7.用气垫导轨和数字计时器能够更精确地测量物体的瞬时速度.如图所示,滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计时器记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1=0.29s,通过第二个光电门的时间为Δt2=0.11s,已知遮光板的宽度为3.0cm,试分别求出滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小.(计算结果均保留两位小数)
解析:由v=st,得
滑块通过第一个光电门的速度
v1=s1t1=0.030.29m/s=0.10m/s.
滑块通过第二个光电门的速度
v2=s2t2=0.030.11m/s=0.27m/s.
答案:0.10m/s0.27m/s
汽车上的速度计
为了知道汽车行驶的速度和经过的里程数,汽车上装有车速里程表.这是一种组合仪表.车速里程表通过转轴和变速器连接.汽车驱动轮的运动经减速器、传动轴、变速器和转轴传至车速里程表的接头,并经过仪表内部的减速机械和电磁感应作用分别指示出汽车行驶过的里程与车速.
车速里程表所指示的汽车行驶速度,实际上是通过测量汽车驱动轮的转速换算出来的.测量转速的仪表种类很多,有离心式转速表、磁转速表、直流电转速表、交流电转速表等.
通常多采用磁转速表,它的原理是通过测量旋转磁场跟它在金属罩内产生的电流间的相互作用力测出车速的.
上图为车速里程表中测量车速部分的示意图.转轴1的下端通过一系列传动机械同汽车驱动轮相连,随驱动轮旋转而旋转.转轴1上端铆接一永久磁铁2,磁铁外面罩着铝罩3,铝罩3固定在针轴4上.当磁铁2随驱动轮旋转时,铝罩中产生感应电流.根据楞次定律,感应电流的磁场与磁铁的磁场相互作用,要阻碍磁铁与铝罩的相对旋转,于是铝罩克服游丝弹簧5的弹力扭转一个角度,这个角度与磁铁2的角速度成正比,也就是与驱动轮的每分钟转数成正比.因此,在表盘6上用均匀刻度标出车速值,从指针7的扭转角度就可以知道车速.
《用打点计时器测速度》教学设计
【教学目标】
1.了解两种打点计时器的结构和工作原理,学会安装和使用。
2.理解根据纸带测量速度的原理,学会粗略测量瞬时速度。
3.理解速度-时间图象的意义,掌握描点法画图象的方法。
【重点难点】
重点:1.打点计时器的使用。
2.由纸带计算物体运动的瞬时速度。
3.画物体的速度-时间图象。
难点:1.对纸带数据的处理。
2.图象的画法及对图象理解。
【教学安排】2课时
【三维目标】
知识与技能:
1、了解电磁打点计时器和电火花计时器的构造、差异及功能。
2、能够阅读产品说明书,掌握打点计时器的使用方法。
3、初步学会从纸带上获取时间和位移等实验数据信息进行处理,测定物体的速度。
4、学会建立物体运动v-t图。
过程与方法:
1、通过实验探究过程,了解物理学的研究方法,培养学生信息收集和处理能力,分析、解决问题能力和交流、合作能力。
2、初步了解用图象描述和研究物理过程的方法,体会数学在物理知识中的应用。
情感态度和价值观:
1、在实验活动中,培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学精神。
2、在探讨问题的过程中,鼓励学生主动与他人使用,交流思想,感受团队精神,体验探索的乐趣。
【教学过程】
(一)打点计时器
电磁打点计时器原理:被交变磁场磁化的振片在永久磁铁的作用下振动,振针打在复写纸上使纸带上打出一系列的点。
电火花计时器原理:
电磁打点计时器电火花计时器
电源电压4~6V的交流电220V的交流电
电源频率频率为50Hz,每隔0.02s打一个点
特点纸带运动时受到的阻力小,比电磁打点计时器实验误差小
(二)练习使用打点计时器
(步骤详见课本P20)
〖思考与讨论〗
注意:1.电源电压要符合要求:
2.实验前要检查打点的稳定性和清晰程度,必要时要进行调节或更换器材。
3.应先接通电源,待打点稳定时再拉动纸带。
4.手拉纸带时,速度应快一些,以防止点迹太密集。
(三)用打点计时器测量瞬时速度
测量方法:某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示。
说明:理论上讲如果这两点离E点越接近(即Δt越短),这个平均速度越接近E点的瞬时速度,但是实际操作时距离太小会使测量误差增大,应该根据实际情况选取这两个点。
(四)用图像表示速度(直线运动)
为了更直观地反映物体的运动情况,我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。
1.v-t图象的画法
以速度v为纵轴,时间t为横轴建立直角坐标系,根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值,在坐标系中描点,最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。
思考:怎样画出速度-时间图象?为什么要用平滑的曲线拟合?
2.v-t图象的信息(在第二章总结)
⑴任一时刻速度的大小和方向
⑵速度的变化情况及相应的时间
……
例:(P24:问题与练习T3)
要求:根据v-t图象叙述物体的运动情况。
【典型例题】
典例1:一同学在使用打点计时器时,纸带上点不是圆点而是一些短线,这可能的原因是(D)
A.接在直流电源上B.电源电压不稳
C.电源频率不稳D.打点针压得过紧
典例2:电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,根据打点计时器打出的纸带,我们可以从纸带上直接得到的物理量是(AB)
A.时间间隔B.位移C.平均速度D.瞬时速度
典例3:在用打点计时器测定小车速度的实验中得到一条纸带,如图所示,从比较清楚的点开始,每五个打印点取一个计数点,分别表明0、1、2、3…,量的0与1两点间的距离s1=30mm,2与3两点间的距离为s3=48mm,则小车在0与1两点间的平均速度v1=0.3m/s,在2与3两点间的平均速度v3=0.48m/s,据此可判断小车做加速运动。
总结:注意每两个计数点间的时间间隔。
秦岭中学新课程高中物理导学案
班级姓名小组上课时间:年月日
课题§2.0练习使用打点计时器测速度和加速度(用2课时)
学前
预习
目标
提示学习
目标1、了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法。知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的。如果电源的频率为50Hz,则每隔0.02s打一个点。、会利用打上点的纸带研究物体的运动情况,掌握一些处理数据的基本方法。
2、通过小组探究实验,体验实验中科学操作方法的重要性,认识理性思维在实验分析中的重要性。
3、经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛,享受成功的喜悦。
重点本节课重点是学会使用打点计时器,会简单处理纸带上的数据并计算物体运动的平均速度。
难点本节难点是根据纸带数据求某点的瞬时速度和该匀变速直线运动的加速度
教法小组自主探究实验为主,教师讲解为辅
学法学生自主学习,小组实验探究;老师归纳总结。
学生自主学习的补充材料
课本
补充知识
预习1、打点计时器是高中一个重要的计时仪器,计时的同时还能记录物体的运动情况.
2、电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器,其结构如图所示。它的工作电压是4~6V。电源频率是50Hz时,它每隔O.02s打一个点。
3、电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,其结构如图所示。使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上,并夹在两条纸带之间。当接通220V交流电源,按下脉冲输出开关时,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。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz时,它每隔O.02s打一次点。
如果把纸带跟运动的物体连接在一起,打点计时器便在纸带上打下一系列的点,这些
学生自主学习的补充材料
课本
补充知识
预习点既记录了运动物体在不同时刻的位置,也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究,可以了解物体运动的情况。
4、实验注意事项:
①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如遇到打出的是短横线,应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。
②使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器稳定后,再释放纸带。
③释放物体前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。
④使用电火花计时器时,应注意把两条白纸带正确穿好,墨粉纸盘夹在两纸带之间,使用电磁打点计时器时,应让纸带通过限位孔,压在复写纸下面。
小组
课堂
探究
学习【实验探究任务】
①把电磁打点计时器固定在铁架台上面,对照使用说明书,了解其构造
②)用手拉住正确穿过打点计时器的纸带上端,纸带下端连接重物,然后在接通6V以下交流电源后,释放纸带,在纸带上就打出一行小点,立即关闭电源。
③取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出若干个点,如果数出n个点,点之间的间隔数为(n-1)个,用Δt=0.02(n-1)s,计算出纸带从第一个点到第n点的运动时间。
④用刻度尺测量出从第一个点到第n个点的距离Δχ。利用公式Δυ=Δχ/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度,把测量和计算的结果填入表1中。
表1:纸带在某段时间内的平均速度
点子数n点子间隔数n-1运动时间Δt
/s位移Δχ
/m平均速度υ
/(ms)
⑤在纸带上找出连续的六个点,分别标上记号A、B、C、D、E、F,用刻度尺量出相邻的两点间的距离Δχ1,Δχ2,Δχ3,Δχ4,Δχ5,把数据填入表2,根据这些数据,判断纸带的这段运动是匀速运动还是变速运动,是加速运动还是减速运动,该运动能看作是匀加速运动吗?并写明理由。表2:纸带的运动情况
A和B的距离Δχ1/mB和C的距离Δχ2/mC和D的距离Δχ3/mD和E的距离Δχ4/mE和F的距离Δχ5/m
判断结果和理由:相邻间距不断增加,且增加值几乎相等,说明可看作匀加速运动。
⑥在纸带上选取能看清的一段,将某个能看清的点标为0,以后每隔4个点标一个计数点,从0开始测量每相邻计数点间的位移分别记为s1、s2、s3、…sn,并记录在表3中,如果纸带运动是匀加速运动,且电源频率是50Hz。则运用vn=(sn+sn+1)/2T算出纸带对应计数点1、2、3、4、的瞬时速度υn填入表3中。再用描图法或逐差法(T为相邻两计数点间的时间间隔)计算出该纸带运动的加速度大约是9.6m/s2。(逐差法)
小组
课堂
探究
学习表3:纸带在对应计数点间的位移和对应计数点的速度速度
位置012345
Sn/m
Δt/s
υ/(m/s)
课
后
针
对
练
习
1.关于打点计时器的使用,下列说法中正确的是(CD)
A.打点计时器应用低压交流电源,交流电频率为50Hz;
B.纸带必须穿过限位孔,并注意把纸带压在复写纸的上面;
C.要先通电,后释放纸带,纸带通过后立即切断电源;
D.为减小摩擦,每次测量应先将纸带理顺。
2.运动物体拉动穿过打点计时器的纸带,纸带上打下一系列小点,打点计时器打下的点直接记录了(AD)
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。
3.手拖动纸带经过打点计时器后,在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点,测出这6个点的第1点到第6点的距离为18cm,则(C)
A.手运动的平均速度为0.03m/sB.手运动的平均速度为1.5m/s
C.手运动的平均速度为1.8m/sD.手运动的平均速度为180m/s
4.在使用电磁打点计时器时,有时发现计时器的打点周期不稳定,其原因可能是(B)
A.交流电源的电压不稳定B.交流电源的频率不稳定
C.永久磁铁的磁性太弱D.振片的固有频率与交流电源的频率有偏差
5.根据打点计时器打好的纸带,可以从纸带上直接得到的物理量是(ABCD)
A.时刻B.时间C位置D.位移E.平均速度
6.某同学用电磁打点计时器做实验时,在纸带上留下的不是圆点,而是一列短线,这可能是因为(C)
A.打点计时器错接在直流电源上;B.电源频率不稳定;
C.打点的振针压得过紧;D.打点的振针压得过松。
7.本实验中,关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有(A)
A.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.10秒。
B.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔是0.08秒。
C.每五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.08秒。
D.每隔五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.10秒。
8.使用打点计时器时,下列问题对实验的影响是什么?
(1)错接在直流电源上,影响是不能打点
(2)电源频率不稳,影响是打点间隔时间会变化,有时不等于0.02秒
(3)打点针压得太紧,影响是针与纸带接触时间过长,使“点”变成为“线”
(4)电源电压不稳,影响是不影响打点的时间间隔,影响打点的清晰程度
(5)振针过长,影响是对纸带的影响和振针压得太紧相似,是间断的直线。
课
后
针
对
练
习9.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理步骤,将各步骤的字母代号顺序写在空白处.
A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压电源的两个接线柱上。
B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过限位孔,并压在复写纸下面。
C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离。
D.切断电源,取下纸带,如果纸带上共有n个清晰的点,则这段纸带上记录的时间
(n-1)0.02s。
E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点。
F.利用公式计算纸带运动的平均速度。
实验步骤的合理顺序是BAEDCF。
10.电火花打点计时器使用交流220V电源工作,它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器.工作电源频率是50Hz,如果用它测量时,实验者不知工作电压的频率变为60Hz,仍按50Hz的频率计算,这样算出的速度值与物体速度的真实值相比是偏小(填“偏大”或“偏小”)。
11.如图1所示,是某人练习使用打点计时器得到的纸带,纸带的右端后通过打点计时器.从点痕的分布情况可以断定纸带的运动情况是减速运动。若所用电源频率为50Hz,从打下A点到打下D点,共13点,历时0.24s,位移为m(用尺子直接测量),这段时间内纸带运动的平均速度是m/s.BD段的平均速度是m/s。若该纸带的运动可看作是匀变速直线运动,则打下B点时纸带的速度是m/s,该纸带运动的加速度约是m/s2。
12.某组学生研究小车从斜面上滑下实验,得到如图2所示的纸带,从O点开始每打五个点取一个计数点,纸带上的计数点用O、A、B、C、D、E表示.根据图上数据,可判断小车做匀加速直线运动,小车经过B点时的速度是__50.4__cm/s,小车经过D点时的速度是_124___cm/s,小车做匀变速运动的加速度是__3.68__m/s2。
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第四讲、用打点计时器测速度
一、【内容与解析】
本节课要学的内容使用打点计时器测速度,其核心是如何使用打点计时器,理解它关键就是要弄清原理和实验的主要事项。由于它还与动力学有密切的联系,所以在本学科有重要的地位,并有一定的作用,是本学科的核心内容。教学的重点是知道打点计时器是在相同时间间隔内打点,解决重点的关键是理解打点计时器的实验原理。
二、【教学目标与解析】
教学目标
1.了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法。
2.知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的。如果电源的频率为50Hz,则每隔0.02s打一个点。
目标解析
电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器,其结构如图所示。它的工作电压是4~6V。电源频率是50Hz时,它每隔O.02s打一个点。电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,其结构如图所示。使用时,墨粉纸盘套在低盘轴上,并夹在两条纸带之间。
三、【问题诊断分析】
在本节课的教学中,学生可能遇到的问题是打点计时器的作用,产生这一问题的原因是不理解实验原理。要解决这一问题,就要从原理入手,其中关键是在相同时间间隔内打点。
四、【教学支持条件分析】
五、【教学过程】
1、练习使用打点计时器
电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,其结构如图所示。使用时,墨粉纸盘套在低盘轴上,并夹在两条纸带之间。当接通220V交流电源,按下脉冲输出开关时,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。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz时,它每隔O.02s打一次点。
如果把纸带跟运动的物体连接在一起,打点计时器便在纸带上打下一系列的点,这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置,也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究,可以了解物体运动的情况。
2、注意事项:
①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如遇到打出的是短横线,应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。
②使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器稳定后,再释放纸带。
③释放物体前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。
④使用电火花计时器时,应注意把两条白纸带正确穿好,墨粉纸盘夹在两纸带之间,使用电磁打点计时器时,应让纸带通过限位孔,压在复写纸下面。
3、对打上点的纸带进行数据处理,目的是研究纸带或与纸带相连的物体的运动况。设打点计时器打点的时间间隔为T,那么纸带上相邻两个点所表示的时间间隔就是T。如果数出纸带上一系列点的总数为N,则打这些点所用的总时间为t=(N-1)T。如果测出这N个点之间的总距离s,则t时间内纸带运动的平均速度为
如果纸带做匀速直线运动,此式计算出来的就是纸带的运动速度。
六、目标检测;
电磁打点计时器是一种使用_________(交流?直流?)电源的________仪器,它的工作电压是________伏特。当电源频率是50赫兹时,它每隔________s打一次点。
七、配餐作业:
A组:
1.关于计数点的下列说法中,哪些是正确的?()
A.用计数点进行测量计算,既方便,又可减小误差。
B.相邻计数点间的时间间隔应是相等的。
C.相邻计数点间的距离应当是相等的。
D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来,相邻计数点间点痕的个数相等。
2.本实验中,关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有()
A.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.10秒。
B.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔是O.08秒。
C.每隔五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.08秒。
D.每隔五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.10秒。
E.每五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.08秒。
B组:
3.打点计时器振针打点的周期,决定于:()
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.振针与复写纸的距离。
C组:
4.若所用电源频率是50赫,图中D纸带,从A点通过计时器到B点通过计时器,历时________s,位移为______米,这段时间内纸带运动的平均速度是______m/s。BC段的平均速度是______m/s,而AD段的平均速度是_______m/s。
文章来源:http://m.jab88.com/j/22337.html
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