高中物理 运动的描述（二）第4节 学案1

运动的描述（二）第4节【学习目标】1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理。2. 学会使用打点计时器。3. 掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度。4. 理解速度随时间变化的图象的意义，掌握描点法画图象的方法，并能根据图象分析物体的运动。知识点一 认识打点计时器典例探究典例1 电磁打点计时器和电火花计时器的构造如图所示，以下说法正确的是() 图甲 图乙A. 图甲是电磁打点计时器，图乙是电火花计时器 B. 图甲使用的电源是交流220 V，图乙使用的电源是直流6 V以下 C. 电磁打点计时器和电火花计时器在实验中的作用是相同的 D. 利用打点计时器可以直接测量计数点的瞬时速度 知识点一 认识打点计时器自主学习1. 打点计时器的作用及分类 打点计时器是一种使用 _ 电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔_打一次点。打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的_。这就为研究物体的运动提供了可能，供高中学生实验用的打点计时器有电磁打点计时器和_计时器两种。 2. 电磁打点计时器(1) 工作电压： 以下的交流电源； (2) 原理：接通交流电源后，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。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。3. 电火花计时器(1) 工作电压： V交流电源； (2) 原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。 4. 两种计时器误差比较 计时器使用中对纸带运动阻力极小，因而系统误差较小。知识点二 练习使用打点计时器自主学习1. 把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带。 2. 把打点计时器的两个接线柱接到 电源上(电磁打点计时器接6 V以下低压交流电，电火花计时器接220 V交流电)。 典例2 (多选) 当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上点迹的说法中正确的是() A. 点迹记录了物体运动的时间 B. 点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移 C. 纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状 D. 纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况典例3 你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”.如果在纸带上点下了10个点，则在打下的这些点的过程中，纸带的运动时间是( ) A. 1 s B. 9 s C. 10 s D. 11 s 知识点二 练习使用打点计时器典例探究典例1 练习使用打点计时器时，接通电源与释放纸带让纸带(随物体)开始运动，这两项操作的先后顺序是() A. 先释放纸带，后接通电源B. 先接通电源，后释放纸带C. 释放纸带的同时接通电源D. 先接通电源或先释放纸带都可以 典例2 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顺序，将各步骤的字母代号写在空白处。 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_(填“交流”或“直流”)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_，并压在_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x。D. 切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间t_。 E.接通电源开关，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v 计算纸带运动的平均速度。实验步骤的合理顺序是_。 典例3 关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是()A点迹均匀，说明纸带做匀速运动B点迹变稀，说明纸带做加速运动C点迹变密，说明纸带做加速运动D相邻两点间的时间间隔相等典例4 使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计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸 3. 先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。4. 取下纸带，从能够看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t 。 5. 用刻度尺测量出从开始计数的点到最后一个计数点间的距离x。 6. 利用公式v 计算出纸带在这段时间内的平均速度。名师点睛使用打点计时器的注意事项 1如果在纸带上数出了n个点，那么，它们的间隔数是(n1)个，它们的时间间隔为(n1)0.02 s。2使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带。3. 打点前应使物体停在靠近打点计时器的位置。4. 打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。 5. 使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。6. 为了减小实验误差，计数点要每隔T0.1 s选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，x、t应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间。即v。7打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。8对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位。知识点三 用打点计时器测量瞬时速度自主学习1实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸。2实验步骤 (1) 把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过_，把复写纸套在定位轴上，并且压在_。(2) 把电磁打点计时器的两个接线柱接到_电源上。(3) 接通电源开关，用手_拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。(4) 取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n带的上面 B. 使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带 C. 使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行 D. 打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源 知识点三 用打点计时器测量瞬时速度典例探究典例1 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，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带上A、C间对应的时间为_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。典例2 如图是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为0.02 s，纸带旁边是一把最小刻度为1 mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：(1) 在AC这段时间内的平均速度；(2) 在B点的瞬时速度。个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t_。(5) 用_测量出从开始计数的点到最后的点间的距离x。(6) 利用公式v 计算出纸带在这段时间内的_。名师点睛用打点计时器测量瞬时速度(1) 选取一条点迹清晰便于分析的纸带(2) 从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T50.02 s0.1 s在纸带上用O、A、B、C、D标出这些“计数点”，如图所示。依次测出OA、AB、BC、CD之间的距离x1、x2、x3、x4.(3)A、B、C、D各点的瞬时速度分别为：vA、vB、vC、vD.知识点四 用v-t图象表示速度自主学习1. 速度时间图象(vt图象) 用横轴表示 ，纵轴表示 ，建立直角坐标系.根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到物体运动的vt图象。典例3 在用打点计时器(电源频率为50 Hz)研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每5个点取一个计数点，试根据纸带求解以下问题： (1) 纸带的哪一端与物体相连？ (2) 相邻计数点间的时间间隔是多少？ (3) BD段对应的平均速度是多大？ (4) 打C点时瞬时速度的大小？ 【学霸提醒】(1) 对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位。(2) 某点瞬时速度的测量：利用v，其中x为包含待测点的较近的一段距离。知识点四 用v-t图象表示速度典例探究典例1 如图所示为某物体的vt图象，试说明该物体的运动情况。典例2 除打点计时器外，人们还用频闪照相法来记录物体运动的时间和位移.如图5所示是采用每秒闪光10次的相机拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1 s，这样便记录了小球运动的时间，而小球运动的位移可以用尺子量出。根据小球的频闪照片提供的信息在图6中作出小球的vt图象，并由图象确定第一次曝光时小球的速度。典例3 如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示求出各计数点的瞬时速度并画出速度时间图象。2. vt图象的意义 vt图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它 (填“是”或“不是”)物体运动的轨迹。3. 如图所示是某质点做直线运动的vt图象。 由vt图象可知在AB段速度随时间不断增大，表示质点做 运动；在BC段速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在CD段速度随时间不断减小，表示质点做 运动.质点在t0时刻的速度为0.在5 s末的速度大小为15 m/s. 名师点睛1. 图象法的优点：图象法是处理实验数据的常用方法之一。运用图象法处理数据有许多优点，如可以使物理规律直观易懂，可以减小偶然误差，可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。2.常用作图法（1）描点作图（2）据函数关系式作图3. 作图步骤1）建系（2）描点（3）作图答案与解析知识点一 认识打点计时器自主学习1. 交流 0.02 s 位移 电火花 2.（1）6 V （2）振片 振针 3. 220 4. 电火花 典例探究1.【答案】C2.【答案】ABD【解析】 打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。3.【答案】B【解析】 每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，如果在纸带上点下了10个点，也就有9个时间间隔，所以纸带的运动时间是9 s。故选B。 知识点二 练习使用打点计时器自主学习2. 交流 4. (n1) 0.02 s典例探究1.【答案】B【解析】 开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带，如果先放开纸带，再接通打点计时器的电源，会导致物体运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同时先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，A、C、D错误；B正确。 2.【答案】交流限位孔复写纸(n1)0.02 sBAEDCF【解析】打点计时器使用交流电；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；若打出n个点，则有(n1)个时间间隔，故这段纸带记录的时间t(n1)0.02 s；实验步骤的排列一般要按先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：B、A、E、D、C、F。3.【答案】ABD【解析】 打点计时器的振针打点的频率一定(50 Hz)，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密。4.【答案】BCD知识点三 用打点计时器测量瞬时速度自主学习2. 限位孔 纸带上面 6V的低压交流（3）水平 （4）(n1)0.02s （5）刻度尺（6）平均速度典例探究1.【答案】0.040.350.430.35【解析】由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s。 A、C间的距离为14.0 mm0.014 0 m。A、C间对应的时间为0.022 s0.04 s。 A、D间的距离为25.5 mm0.025 5 m。 由公式v得.vAC m/s0.35 m/s，vAD m/s0.43 m/s。B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度。2.【答案】(1) 0.22 m/s(2) 0.22 m/s【解析】 (1)根据平均速度的定义，AC这段时间内的平均速度就等于A到C的位移跟所用时间的比值位移的大小可以从刻度尺上直接读出：x4.00 cm，A到C共10个点，9个时间间隔，所以A到C所用的时间t0.02 s90.18 s，所以AC这段时间内的平均速度0.22 m/s；(2) 根据公式vB 来计算B点的瞬时速度为了尽量精确地反映物体在B点的运动快慢，我们尽量在靠近B点的地方取得数据，例如取靠近B点的左右两个点，左边点在刻度尺上的读数是1.77 cm，右边点在刻度尺上的读数是2.65 cm，那么x2.65 cm1.77 cm0.88 cm，两点间相隔的时间为t0.02 s20.04 s，所以B点的瞬时速度vB0.22 m/s。3.【答案】（1）左端 （2）0.1 s （3）1.861 m/s （4）1.861 m/s知识点四 用v-t图象表示速度自主学习1. 时间t 速度v 2. 不是 3. 加速 减速 典例探究1.【答案】【解析】 04 s物体做加速运动，末速度为12 m/s；46 s物体做减速运动，末速度为0；67 s物体做反向加速运动，末速度大小为4 m/s；2.【答案】vt图象见解析图0.40 m/s【解析】 可以求出第2、3、4、5次曝光时小球的速度。v2 m/s0.80 m/s，v3 m/s1.15 m/s，v4 m/s1.70 m/s，v5 m/s2.05 m/s，小球的vt图象为直线(如图所示)，延长图线可知第一次曝光时小球的速度v10.40 m/s. 3.【答案】见解析课堂小测1关于打点计时器的使用，下列说法正确的是()A电磁打点计时器使用的是6 V以下的直流电源B在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D电源的电压越高，打点的时间间隔就越小2在下列四个图象中，表示匀速直线运动的是()3.使用电火花计时器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_A把电火花计时器固定在桌子上B安放纸带C松开纸带让物体带着纸带运动D接通220 V交流电源E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_上，还要检查_是否夹在两纸带之间。4. 一同学在用打点计时器做实验时，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为( )A打点计时器错接在直流电源上B电源电压不稳定C电源的频率不稳定D振针与复写纸间的距离过小5. 如图所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02 s打一点，图中O点为第一个计数点，A、B、C、D为相邻的计数点，每相邻计数点间还有一个点未画出.根据图中标出的数据，打A、D两点时间内纸带的平均速度是 ，打B点时纸带的瞬时速度是 ，你能算出打O、D两点时间内纸带的平均速度吗？为什么？ 6. 在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离并填入表格中。距离d1d2d3测量值/cm计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为v2_m/s.答案与解析1.【答案】C【解析】 电磁打点计时器使用的是6 V以下交流电源，A错；实验时应先接通电源再释放物体运动，B错；电源频率越高，打点时间间隔越小，C对，D错。2. 【答案】BC【解析】在v-t图象中表示匀速直线运动的图线是平行于t轴的一条直线；在x-t图象中表示匀速直线运动的图线是过原点的直线，故选项B、C项正确。 3.【答案】(1)ABDEC(2)纸盘轴墨粉纸盘4. 【答案】D【解析】正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点。当振针与复写纸片间的距离过大时，振针可能够不着复写纸片，打出的纸带上有时有点，有时无点。当振针与复写纸片间的距离过小时，每一个打点周期内振针就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸片上，这样就成了一段一段的小线段。所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中，否则就要做适当的调整。选项A造成的后果是打点计时器不工作，选项B造成的后果是打点计时器工作不稳定，选项C造成的后果是打点周期不稳定，只有选项D才是造成题中所述现象的原因。故应选D。5. 【答案】2.312 5 m/s2.125 0 m/s不能不知道OD段的时间间隔【解析】 AD段的平均速度AD102 m/s2.312 5 m/s.当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度， 故打B点时的瞬时速度vB 102 m/s2.1250 m/s.无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，因而不知道OD段的时间间隔。6. 【答案】距离d1d2d3测量值/cm1.205.4012.000.21【解析】d11.20 cm，d25.40 cm，d312.00 cm，每两个相邻计数点间的时间间隔T0.10 s，v2 cm/s21.0 cm/s0.21 m/s.