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1、实验3：研究匀变速直线运动考点一考点一 打点计时器的工作原理打点计时器的工作原理 打点计时器有两种，一种是电磁打点计时器，是利用电磁感应原理打点计时的打点计时器有两种，一种是电磁打点计时器，是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器，另一种是电火花计时器，是利用火花放电在纸带上打出点迹计时的仪器，一种仪器，另一种是电火花计时器，是利用火花放电在纸带上打出点迹计时的仪器，如果物体与纸带相连，只要分析出纸带的运动情况，也就得到了物体的运动情况，如果物体与纸带相连，只要分析出纸带的运动情况，也就得到了物体的运动情况，本学案通过分析打点计时器打出的纸带得到纸带运动的速度，为以后的其他实验打本学案通过分析打点
2、计时器打出的纸带得到纸带运动的速度，为以后的其他实验打下基础。下基础。1.电磁打点计时器电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种计时仪器，工作电压为电磁打点计时器是一种计时仪器，工作电压为_低压交流电，构造如图低压交流电，构造如图1-4-1，在线圈和永久磁铁的作用下，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针也跟着上下振振片便上下振动起来，位于振片一端的振针也跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点。当交流电源频率为系列点。当交流电源频率为50Hz时，它每隔时，它每隔_打一次打一次点，即打出的纸带上相
3、邻两点间的时间间隔为点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为_。2021/8/9 星期一1 2.电火花计时器电火花计时器 电火花计时器构造如图电火花计时器构造如图1-4-2，利用火花放电在，利用火花放电在纸带上打出孔而显示点迹的计时仪器，工作电压为纸带上打出孔而显示点迹的计时仪器，工作电压为_交流电，按下脉冲输出开关时，计时器发出交流电，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，于是在运动纸带上就打的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出系列点迹。当电源频率为出系列点迹。当电源频率为50
4、Hz时，它也是每隔时，它也是每隔_打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔也是间间隔也是_。图图1-4-2特别提醒特别提醒：(1)电源种类是交流电，电压要符合要求，电磁打点计时器应使用电源种类是交流电，电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6 V以下的交流电源，电火花计时器使用以下的交流电源，电火花计时器使用220 V交流电源；交流电源；(2)电磁打点计时器的振针和纸带接触会影响纸带运动，而火花放电磁打点计时器的振针和纸带接触会影响纸带运动，而火花放电不会影响，误差较小。电不会影响，误差较小。220V0.02s0.02s2021/8/9 星期一2考点二考
5、点二 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动 (一一)实验目的实验目的 1.学会用打上点的纸带研究物体的运动。学会用打上点的纸带研究物体的运动。2.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。3.会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。(二二)实验原理实验原理 1.匀变速直线运动的特点匀变速直线运动的特点 (1)物体做匀变速直线运动时，若加速度为物体做匀变速直线运动时，若加速度为a，在各个连，在各个连续相等的时间续相等的时间T内发生的位移依次为内发生的位移依次为x1、x2、x3、xn，则，则有：有：x2-x1x3x2=xn-xn-1
6、aT2，即任意两个连续相等，即任意两个连续相等的时间内的位移差相等。可以依据这个特点，判断一个物体的时间内的位移差相等。可以依据这个特点，判断一个物体是否做匀变速直线运动。是否做匀变速直线运动。(2)做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度。于该段时间内中间时刻的瞬时速度。2021/8/9 星期一3 2.由纸带求物体加速度的方法由纸带求物体加速度的方法 (1)逐差法逐差法 设相邻相同时间设相邻相同时间T内的位移分别为内的位移分别为x1、x2、x6，则，则 x2-x1=x3-x2=x4-x3=x6-x5=aT2 x
7、4-x1=3a1T2 x5-x2=3a2T2 x6-x3=3a3T2 得加速度得加速度a(a1+a2+a3)/3 。图图1-4-3图图1-4-4 (3)由纸带求物体速度的方法由纸带求物体速度的方法 “平均速度法平均速度法”求速度，即求速度，即vn(xn+xn+1)/2T，如图如图1-4-4所示。所示。(2)图象法图象法 以打某计数点时为计时起点，然后利用以打某计数点时为计时起点，然后利用vn(xn+xn+1)/2T测出打各点时的速度，描点测出打各点时的速度，描点得得v-t图象，图象，v-t图象的斜率即为加速度，如图图象的斜率即为加速度，如图1-4-3所示。所示。2021/8/9 星期一4 (四
8、四)实验步骤实验步骤 1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端；出桌面；把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端；连接好电路，再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，连接好电路，再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；将纸带穿过打点计时器，并把它下边挂上合适的钩码；将纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图的一端固定在小车的后面。实验装置如图1-4-5所示。所示。2.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带把小车停在靠近打点计时器处，接通
9、电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复三次。运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复三次。3.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，在选好的开始点下面记作便于测量的地方找一个开始点，在选好的开始点下面记作0，0后面第后面第5个点记作个点记作1，1后面第后面第5个点记作个点记作2，依次标出计数点依次标出计数点3，4，5，6，两相邻计数点间的距离，两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作用刻度尺测出，分别记作x
10、1、x2、x6。4.根据测量结果和前面计算公式，计算出根据测量结果和前面计算公式，计算出a1、a2、a3的值，求出的值，求出a的平均值，的平均值，它就是小车做匀变速运动的加速度。它就是小车做匀变速运动的加速度。同学们还可先画出同学们还可先画出v-t图象，再求小车做匀变速运动的加速度。图象，再求小车做匀变速运动的加速度。图图1-4-5 (三三)实验器材实验器材 电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。2021/8/9 星期一5
11、 (五五)注意事项注意事项 1.要在钩码落地处放上软垫或砂箱，防止撞坏钩码。要在钩码落地处放上软垫或砂箱，防止撞坏钩码。2.要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止撞坏小要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止撞坏小车。车。3.小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约以能在约50 cm的纸带上清楚地取出的纸带上清楚地取出78个计数点为宜。个计数点为宜。4.纸带运动时尽量不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。纸带运动时尽量不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。5.要先接通电源，待打点计时器工作
12、稳定后，再放开小车；放开小车要先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再放开小车；放开小车时，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带的长度。时，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带的长度。6.不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出可先统一量出各计数点到计数起点各计数点到计数起点0之间的距离之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位。，读数时应估读到毫米的下一位。(六六)误差分析误差分析 本实验参与计算的量有本实验参与计算的量有x和和T，因此误差来源于，因此误差来源于x和和T。1.由于相邻两计数点之间的距离由于相邻两计数点之间的距离x测量不
13、够精确而使测量不够精确而使a的测量结果产生的测量结果产生误差。误差。2.市电的频率不稳定使市电的频率不稳定使T不稳定而产生误差。不稳定而产生误差。2021/8/9 星期一6热点一热点一 打点计时器的构造、原理、使用打点计时器的构造、原理、使用【例【例1】电磁打点计时器是一种使用】电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器，它的工作电压电源的计时仪器，它的工作电压 _，当电源频率是，当电源频率是50 Hz时，它每隔时，它每隔_s打一次点。使用打点打一次点。使用打点 计时器时，纸带应穿过计时器时，纸带应穿过_，复写纸应套在，复写纸应套在_上，并要放在纸带上，并要放在纸带 的的_面；应把面；应把_电源
14、用导线接在电源用导线接在_上；打点时应先上；打点时应先_，再让纸带运动。再让纸带运动。低压交流低压交流6V以下以下0.02限位孔限位孔定位轴定位轴上上低压交流低压交流接线柱接线柱接通电源接通电源 【名师支招】【名师支招】正确掌握打点计时器的构造、工作原理、使用方正确掌握打点计时器的构造、工作原理、使用方法等是做出正确判断的关键。法等是做出正确判断的关键。【解析】【解析】电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用6 V以下以下的低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点的低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交
15、流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源，再让纸带运限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源，再让纸带运动。动。2021/8/9 星期一7 1使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中：使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中：(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为在如下基本步骤中，正确的排列顺序为_。A.把电火花计时器固定在桌子上把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通接通220 V交流电源交流电源 E.
16、按下脉冲输出开关，进行打点按下脉冲输出开关，进行打点(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 _上，还要检查上，还要检查_是否夹在两条纸带是否夹在两条纸带 之间。之间。A B D E C纸盘轴纸盘轴墨粉纸盘墨粉纸盘2021/8/9 星期一8【例【例2】在】在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有 (遗漏步骤可编上序号遗漏步骤可编上序号G、H)_。A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源拉住
17、纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上，并接好电源将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面吊着适当重的钩码把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面吊着适当重的钩码 D.取下纸带取下纸带 E.将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 将以上步骤完善将以上步骤完善,并按合理顺序填写在横线上。并按合理顺序填写在横线上。_。【名师支招】【名师支招】实验操
18、作的技巧：实验操作的技巧：(1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。(2)应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车。应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车。(3)小车另一端所挂的钩码的个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小车另一端所挂的钩码的个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无较大区别，加速度大小以能在约小，使各段位移无较大区别，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出的纸带上清楚地取出7个计数点为宜。个计数点为宜。(4)应选择点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分
19、，适当选取计数点应选择点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(计数点和计时点有区别计数点和计时点有区别)，弄，弄清楚所选的时间间隔清楚所选的时间间隔T等于多少秒。等于多少秒。(5)纸带运动时，要减少纸带与打点计时器的限位孔间的摩擦。纸带运动时，要减少纸带与打点计时器的限位孔间的摩擦。(6)要在钩码落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。要在钩码落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。(7)要在小车到达滑轮前，用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止车掉在地上或撞坏滑轮。要在小车到达滑轮前，用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止车掉在地上或撞坏滑轮。【解析】【解析】A中应先接通电源，再放开纸带。中应先
20、接通电源，再放开纸带。D中应先断开电源，使打点计时器停止工中应先断开电源，使打点计时器停止工作。应补充作。应补充G.换上纸带，重复实验三次。合理顺序应为：换上纸带，重复实验三次。合理顺序应为：B F E C A D GA中应先接通电源，再放开纸带。中应先接通电源，再放开纸带。D中应先断开电源，使打点计时器停止工作。中应先断开电源，使打点计时器停止工作。G.换上纸带，重复实验三次。换上纸带，重复实验三次。合理顺序应为：合理顺序应为：B F E C A D G热点二热点二 实验操作技巧实验操作技巧2021/8/9 星期一9 2某同学用图某同学用图1-4-6所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验
21、步骤如所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：下：a.安装好实验器材。安装好实验器材。b.接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下 运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带。运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带。舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每 两个打点间隔取一个计数点，如图两个打点间隔取一个计数点，如图1-4-7中中0、1、26。c.测量测量1、2、36计数点到计数点到0计数点的距离，分计数点的距离，分 别记作：别记作：x1、x2、x2x6。d.通过测量和计算，该同学判断出小车
22、沿平板做匀通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀 加速直线运动。加速直线运动。e.分别计算出分别计算出x1、x2、x3x6与对应时间的比值与对应时间的比值 x1/t1、x2/t2、x3/t3x6/t6。f.以以x/t为纵坐标、为纵坐标、t为横坐标，标出为横坐标，标出x/t与对应时间与对应时间t的坐标点，画出的坐标点，画出x/t-t图图 线。线。图图1-4-6图图1-4-72021/8/9 星期一10结合上述实验步骤，请你完成下列任务：结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)实验中，除打点计时器实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关、小车、平板
23、、铁架台、导线及开关 外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_和和_。(填选项代号填选项代号)A.电压合适的电压合适的50 Hz交流电源交流电源 B.电压可调的直流电源电压可调的直流电源 C.刻度尺刻度尺 D.秒表秒表 E.天平天平 F.重锤重锤(2)将最小刻度为将最小刻度为1mm的刻度尺的的刻度尺的0刻线与刻线与0计数点对齐，计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图计数点所在位置如图1-4-8所示，则所示，则x2=_cm，x2=_ cm。(3)该同学在图该同学在图1-4-9中已标出中已标出1、3、4、6计数点对应的计数点对应的 坐标点，请你在该图中标
24、出与坐标点，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应两个计数点对应 的坐标点，并画出的坐标点，并画出x/t-t图线。图线。(4)根据根据x/t-t图判断，在打图判断，在打0计数点时，小车的速度计数点时，小车的速度v0=_m/s；它在斜面上运动的加速度；它在斜面上运动的加速度 a=_m/s2。图图1-4-8图图1-4-9AC2.98（2.972.99均可均可）13.20(13.1913.21均可均可)0.18(0.160.20均可均可)4.80(4.505.10均可均可)2021/8/9 星期一11【例【例3】某同学在】某同学在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”实验中，用打点计时器记录了被小
25、车拖动的纸带的运动情况，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，在在 纸带上确定出纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共共7个计数点，其相邻点间的距离如图个计数点，其相邻点间的距离如图1-4-10所示，每两个相邻所示，每两个相邻 的计数点之间的时间间隔为的计数点之间的时间间隔为0.10 s。(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将五个点时小车的瞬时速度，并将 各个速度值填入下式（保留三位有效数字）各个速度值填入下式（保留三位有效数字）vB=_ m/s，vC=_ m/s，vD=_ m/
26、s，vE=_ m/s，vF=_m/s。(2)将将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图各个时刻的瞬时速度标在如图1-4-11所示的所示的 坐标纸上，坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图象。并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图象。(3)根据根据(2)中画出的中画出的v-t图象，求得小车运动的加速度为图象，求得小车运动的加速度为_m/s2。(保留两位有效数字保留两位有效数字)【解析【解析】(1)利用利用vn=(xn+xn+1)/(2T)，求打，求打B、C、D、E和和F点时的瞬点时的瞬时速度，即得以上答案。时速度，即得以上答案。(2)先将先将(tn，vn)点标在坐标纸上，然后再用
27、平滑的曲线连结各点，即点标在坐标纸上，然后再用平滑的曲线连结各点，即得得v-t图象。图象。(3)利用利用v-t图象的斜率可求出加速度图象的斜率可求出加速度a=v/t0.80 m/s2。【名师支招】【名师支招】(1)利用纸带进行计算，要注意三点：利用纸带进行计算，要注意三点：计数点是如何取的；计数点是如何取的；长度采用了什么单位；长度采用了什么单位；所给的纸带数据是谁与谁之间的距离。所给的纸带数据是谁与谁之间的距离。(2)作作v-t图线时，要使描得的点尽可能地分布在直线的两侧，偏差过大的点不予考虑。图线时，要使描得的点尽可能地分布在直线的两侧，偏差过大的点不予考虑。(3)由由a=v/t，求，求a
28、时，要在图线上取两个相对较远的点。时，要在图线上取两个相对较远的点。图图1-4-10图图1-4-110.4000.4790.5600.6400.7210.780.80均可均可热点三热点三 实验数据的处理实验数据的处理2021/8/9 星期一12 3一位同学做一位同学做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验，打点计时的实验，打点计时器所用电源的频率是器所用电源的频率是50 Hz，在实验中得到点迹清晰，在实验中得到点迹清晰的一条纸带。他把某一个点记作的一条纸带。他把某一个点记作O，再选依次相邻的，再选依次相邻的6个点做测量点分别标以个点做测量点分别标以A、B、C、D、E、F，如图，如图1-
29、4-12所示。所示。(1)如果测得如果测得C、D两点相距为两点相距为2.70 cm，D、E两点相距两点相距 为为2.90 cm，则小车在打，则小车在打D点时的速度是点时的速度是 _m/s。(2)如果该同学分别算出小车打各个点的速度，然后把如果该同学分别算出小车打各个点的速度，然后把 数据表示在数据表示在v-t图上，如图图上，如图1-4-13所示，则由此图可所示，则由此图可 求得小车的加速度求得小车的加速度a=_ m/s。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度为将图线延长与纵轴相交，交点的速度为 _m/s，此速度的物理意义是此速度的物理意义是_。图图1-4-12图图1-4-131.405.001.00当当t=0时时(即刚开始计时时即刚开始计时时)小车的速度小车的速度2021/8/9 星期一132021/8/9 星期一14