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1、高考物理用打点计时器测速度本讲稿第一页，共十九页一一.电磁打点计时器和电火花计时器电磁打点计时器和电火花计时器1.1.构造构造2.2.使用使用二二.用打点计时器测匀变速直线运动的加速度用打点计时器测匀变速直线运动的加速度用打点计时器研究匀变速直线运动用打点计时器研究匀变速直线运动,纸带如图所示。纸带如图所示。本讲稿第二页，共十九页用打点计时器研究匀变速直线运动的计算公式用打点计时器研究匀变速直线运动的计算公式(1)(1)加速度的计算公式加速度的计算公式(2)(2)中间时刻的瞬时速度计算公式中间时刻的瞬时速度计算公式本讲稿第三页，共十九页打点计时器纸带分析打点计时器纸带分析S6S5S4S3S2S
2、1S=aT2 逐差法求加速度逐差法求加速度S4-S1=S4 S3+S3 S2+S2-S1=3a1T2S5-S2=3a2T2S6-S3=3a3T2a=(a1+a2+a3)3=(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)(3T)2逐差法的实质是将逐差法的实质是将纸带分为两大段处理。纸带分为两大段处理。本讲稿第四页，共十九页ABCs1s2s3O利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度瞬时速度v v：如：如测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点
3、迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点的地方取一个开始点OO，然后每，然后每5 5个点取一个计数点个点取一个计数点A A、B B、CC、，这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是，这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离，便于计算。测出相邻计数点间的距离s s1 1、s s2 2、s s3 3 利用利用s s1 1、s s2 2、s s3 3 可以计算相邻相等时间内的位移差可以计算相邻相等时间内的位移差s s2 2-s s1 1、s s3 3-s s2 2、s s4 4-s
4、 s3 3，如果它们在允许的误差范围内相等，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。本讲稿第五页，共十九页t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)利用纸带求被测物体的加速度利用纸带求被测物体的加速度a a。具体来说又有。具体来说又有3 3种方法：种方法：“逐差法逐差法”：从纸带上得到：从纸带上得到6 6个相邻相等时间内的位移，个相邻相等时间内的位移，则则 利用任意两段相邻记数点间的位移求利用任意两段相邻记数点间的位移求a a：如：如 利用利用v-tv-t图象求图象求a a：求出：求出A A、B B、C
5、C、D D、E E、F F各点的即时速各点的即时速度，画出如右的度，画出如右的v-tv-t图线，图线的斜率就是加速度图线，图线的斜率就是加速度a a。本讲稿第六页，共十九页例例1.1.电磁打点计时器是一种使用电磁打点计时器是一种使用_（填（填“高高”或或“低低”）压交流电源的计时仪器；若电源的频率为压交流电源的计时仪器；若电源的频率为5050z z，实验者在处，实验者在处理实验数据时，将每隔理实验数据时，将每隔4 4个计时点取一个计数点，则每两个个计时点取一个计数点，则每两个计数点间的时间间隔应为计数点间的时间间隔应为_；如果在测定匀变速直；如果在测定匀变速直线运动的加速度时，实验者如不知道工
6、作电压的频率变为线运动的加速度时，实验者如不知道工作电压的频率变为小于小于5050z z，这样计算出的加速度值与真实值相比是，这样计算出的加速度值与真实值相比是_（填（填“偏大偏大”、“偏小偏小”或或“不变不变”）。）。低低,0.08,0.08,偏大（频率变小，则周期变大，由偏大（频率变小，则周期变大，由可知可知a a变小，若仍然按变小，若仍然按T T不变计算，显然计算出的加速度值不变计算，显然计算出的加速度值比真实值偏大）。比真实值偏大）。本讲稿第七页，共十九页练习练习1 1 在用打点计时器研究匀变速直线运动时，如在用打点计时器研究匀变速直线运动时，如测得各连续相等的时间间隔内位移之差不是一
7、个恒量，测得各连续相等的时间间隔内位移之差不是一个恒量，其主要原因是其主要原因是 A A长度测量不精确长度测量不精确B B打点计时器打点的间隔不均匀打点计时器打点的间隔不均匀CC运动中受到变化的摩擦力作用运动中受到变化的摩擦力作用D D木板未调成水平木板未调成水平C 本讲稿第八页，共十九页例例2.2.如图所示的部分纸带记录了如图所示的部分纸带记录了“测定匀变速直线运动的测定匀变速直线运动的加速度加速度”实验中实验小车匀加速运动的情况，已知小车运动实验中实验小车匀加速运动的情况，已知小车运动的加速度的加速度a a=1.00m/s=1.00m/s2 2，A A与与B B、B B与与CC、CC与与D
8、 D之间的时间间之间的时间间隔相同，隔相同，ABAB11.0cm11.0cm，BCBC=15.0cm=15.0cm，CDCD19.0cm19.0cm，则则A A与与B B之间的时间间隔为之间的时间间隔为T T=s s，当打点计时器打，当打点计时器打CC点时点时小车的速度是小车的速度是v vc c=m/sm/s所以所以T T=0.2s,=0.2s,即即:=0.2s=0.2ss.m/s=0.85m/s.本讲稿第九页，共十九页练习练习2 2 用打点计时器打出下落物体带动的纸带如图电源的用打点计时器打出下落物体带动的纸带如图电源的频率为频率为50Hz50Hz，从纸带上连续取出，从纸带上连续取出A A、
9、B B、CC、D D、E E、F F六个六个计数点，用米尺测出计数点，用米尺测出A A、B B两点间距离两点间距离S1=4.08cmS1=4.08cm，E E、F F两两点间距离点间距离S2=5.64cmS2=5.64cm，试写出用，试写出用S1S1、S2S2和相邻两点间时间间和相邻两点间时间间隔隔T T计算重力加速度的公式计算重力加速度的公式g=_g=_，代入数据求出，代入数据求出g=_g=_ 本讲稿第十页，共十九页练习练习3 3 图是打点计时器的结构示意图，图中缺少的一个重图是打点计时器的结构示意图，图中缺少的一个重要部件是要部件是_，此实验中若发现打点的痕迹很轻但工，此实验中若发现打点的
10、痕迹很轻但工作电压正常时，可能采取的措施（按操作的难易程度按先易后作电压正常时，可能采取的措施（按操作的难易程度按先易后难进行填写）是难进行填写）是_永久磁铁；调整振针长度或更换复写纸；或调整振针的固永久磁铁；调整振针长度或更换复写纸；或调整振针的固有频率使之与有频率使之与50Hz50Hz交变电流产生的策动力共振交变电流产生的策动力共振本讲稿第十一页，共十九页例例3.3.在做在做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A A、B B、CC、D D、E E、F
11、F、GG等等7 7个计数点，每相邻两个计数点间还有个计数点，每相邻两个计数点间还有4 4个点，图中没有画出，打点计个点，图中没有画出，打点计时器接周期为时器接周期为T T=0.02s=0.02s的交流电源他经过测量并计算得到打点计时器的交流电源他经过测量并计算得到打点计时器在打在打B B、CC、D D、E E、F F各点时物体的瞬时速度如下表：各点时物体的瞬时速度如下表：（1 1）计算）计算v vF F的公式为的公式为v vF F=；（2 2）根据）根据(1(1）中得到的数据，以）中得到的数据，以A A点对应的时刻为点对应的时刻为t=0t=0，试在图中所给的坐标系中，作出试在图中所给的坐标系中
12、，作出v vt t图象，并求物体的加速度图象，并求物体的加速度a a=m/sm/s2 2；（3 3）如果当时电网中交变电流的频率是）如果当时电网中交变电流的频率是f f=51Hz=51Hz，而做实验的同学并不知，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填：偏大、偏小或不道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填：偏大、偏小或不变）变）a=0.4250.005m/sa=0.4250.005m/s2 2偏小偏小本讲稿第十二页，共十九页练习练习4.4.某次研究匀变速直线运动的实验中，用打点某次研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时器打出小车带动的纸带计时器打出小车带动的纸带如图，相邻
13、计数点间的距离分别用如图，相邻计数点间的距离分别用S S1 1、S S2 2、S S3 3、S S4 4、S S5 5、S S6 6 表示，计数表示，计数点间的时间间隔用点间的时间间隔用T T表示，则如下计算小车加速度大小的式表示，则如下计算小车加速度大小的式子中正确的子中正确的是是 A A(S(S6 6-S-S1 1)/(5T)/(5T2 2)B B(S(S3 3+S+S4 4-S-S1 1-S-S2 2)/(2T)/(2T2 2)CC(S(S5 5-S-S2 2)/(3T)/(3T2 2)D D(S(S4 4+S+S5 5+S+S6 6-S-S1 1-S-S2 2-S-S3 3)/(3T)
14、/(3T2 2)AC 本讲稿第十三页，共十九页例例4利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图给出了该利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图给出了该次实验中从次实验中从0点开始，每点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点测得：都为记数点测得：s1140 cm，s2190 cm，s3238 cm，s4288 cm，s5339cm，s6387 cm。1)在计时器打出点在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：时，小车的速度分别为：v1 cms，v2 cms，v3 cms，v 4 cms，v5 cms
15、。作出。作出v-t图象，并由图象求出小车的加速度图象，并由图象求出小车的加速度a cms2。(2)利用逐差法求出利用逐差法求出a cms2本讲稿第十四页，共十九页练习练习5.5.在利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度的在利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度的实验中，实验中，(1)(1)测量原理根据的公式是测量原理根据的公式是a=_a=_(2)(2)实验中要用到的器材和测量仪器有实验中要用到的器材和测量仪器有 A A小车小车B B一端带滑轮的木板一端带滑轮的木板CC打点计时打点计时器器D D低压交流电源低压交流电源E E小钩码小钩码F F秒表秒表GG刻度尺刻度尺 H H纸带纸带I I细绳
16、细绳A A、B B、CC、D D、E E、GG、H H、I I 本讲稿第十五页，共十九页3)3)某学生在实验中操作有如下步骤，试按合理的顺序把步骤序号填某学生在实验中操作有如下步骤，试按合理的顺序把步骤序号填在下面的线上：在下面的线上：_A A把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；B B把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并与电源相连接；把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并与电源相连接；CC换上新纸带，重作两次实验；换上新纸带，重作两次实验；D D把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌边；把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌边；E E先让小车停在靠
17、近打点计时器处，接通电源，放开小车；先让小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车；F F把一条跨过滑轮的细绳一端拴在小车上，另一端吊一钩码；把一条跨过滑轮的细绳一端拴在小车上，另一端吊一钩码；GG断开电源，取下纸带；断开电源，取下纸带；H H求出三次测量加速度的平均值，作为测量的最后结果求出三次测量加速度的平均值，作为测量的最后结果D、B、A、F、E、G、C、H 本讲稿第十六页，共十九页 例例5.5.为了测定汽车在平直公路上启动时的加速度，为了测定汽车在平直公路上启动时的加速度，某人拍摄了一张在同一张底片上多次爆光的照片，某人拍摄了一张在同一张底片上多次爆光的照片，如图示，如果拍摄时每隔如
18、图示，如果拍摄时每隔2秒爆光一次，汽车车身秒爆光一次，汽车车身总长总长4.5米，那么这辆汽车的加速度约为米，那么这辆汽车的加速度约为 A.1 m/s2 B.2 m/s2 C.3 m/s2 D.4 m/s2 0 5 10 15 20 25本讲稿第十七页，共十九页0 5 10 15 20 25解：解：车身长车身长4.5米，占标尺上米，占标尺上3小格，小格，每小格是每小格是1.5米，米，由图读出第一、第二次闪光由图读出第一、第二次闪光 汽车相距汽车相距S1=1.58=12米，米，第二、第三次闪光汽车相距第二、第三次闪光汽车相距S2=1.513.8=20.7米米由由S=a T2得得 a=（20.7 1
19、2）/4=2.2 m/s2 答：答：B本讲稿第十八页，共十九页 例例6.6.利用打点计时器研究一个约利用打点计时器研究一个约1.4m1.4m高的商店卷帘窗的运动，将纸带高的商店卷帘窗的运动，将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后的纸打印后的纸带如图所示，数据如表格所示带如图所示，数据如表格所示.纸带中纸带中ABAB、BCBC、CDCD每两点之间每两点之间的时间间隔为的时间间隔为0.10s0.10s，根据各间距，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度度v v平
20、均平均.可以将可以将v v平均平均近似地作为该间距中间近似地作为该间距中间时刻的即时速度时刻的即时速度v v.（1 1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的帘窗运动的v vt t 图线图线.（2 2）ADAD段的加速段的加速度为度为 m/sm/s2 2，AKAK段的平均段的平均速度为速度为 m/s.m/s.间隔间隔间距间距(cm)AB5.0BC10.0CD15.0DE20.0EF20.0FG20.0GH20.0HI17.0LJ8.0JK4.0ABCEFIKJGHD0 S0.20.60.70.80.91.00.50.40.30.12.502.001.501.000.500.000.50.90.30.70.1V/ms-1t/s51.39本讲稿第十九页，共十九页