【同步导学】高中物理课件 3 76页

第2节　匀变速直线运动的实验探究\n\n\n电磁打点计时器\n电火花打点计时器\n2．工作原理(1)电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器．当接在10V以下(一般保证在4V以上)的低压交流电源上时，线圈的磁场方向周期性改变，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就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系列点迹．振片的振动周期与电源的电流变化周期一致，当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s.\n(2)电火花打点计时器：它是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器．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，于是在运动纸带上就打出一系列点迹．当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s.\n3．两种打点计时器的比较类型比较电磁打点计时器电火花打点计时器所用电源4～6V低压交流220V交流打点方式振针打点电火花打点时间间隔每隔0.02s打一次点每隔0.02s打一次点实验误差振针和纸带接触会影响纸带运动，误差较大火花放电不会影响纸带运动，误差较小\n1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是()A．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电B．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C．电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D．电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉\n【解析】电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉，所以C、D错误．【答案】AB\n\n\n\n【答案】0.350.430.35\n\n\n同理Δs2＝Δs3＝……＝Δsn＝Δs1＝aT2.其中T为恒量，因a也为恒量，Δs＝aT2为恒量，即做匀变速直线运动的物体在连续相等时间内的位移之差是恒量，它是物体做匀变速直线运动的必要条件，也是我们判断物体是否做匀变速直线运动的依据．\n\n\n\n与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点．因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息．至于根据时间和位移信息求加速度的方法，两者都是一样的．\n\n\n\n2．用手按住小车，使小车停在靠近打点计时器处．先接通电源，再放开小车，小车在拖着纸带运动的同时，打点计时器就在纸带上打下一系列的点．断开电源，取下纸带；更换新纸带，重复实验3次～5次．3．选择一条点迹清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点做计时起点，选择每经过5个间隔点为一个计数点，即每相邻的计数点为一段，其时间间隔为0.1s，用毫米刻度尺测出各相邻的计数点之间的距离，把测出的数据填入设计好的表格中．4．改变长木板的倾斜角度，重复做几次实验．\n\n\n\n\n位置间隔0～11～22～33～44～5间隔距离(cm)s1＝s2＝s3＝s4＝s5＝\n\n(3)作出速度—时间图象．在坐标纸上，以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系．根据上表中的v、t数据，在直角坐标系中描点，如下图所示，通过观察、思考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑的曲线(包括直线)连接这些点，并尽量让多数点落在曲线上(或直线)上，不在曲线(或直线)上的点应分布在曲线(或直线)两侧，且两侧的点数大致相同．\n\n注意：在坐标纸上画v－t图象时，坐标轴单位长度的选取要合适，使图象分布在坐标平面的大部分面积上．(4)分析v－t图象，小车运动的加速度数值上等于v－t图线的斜率，应注意其斜率等于Δv/Δt，不能由tanθ求加速度．\n\n5．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰．7．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点O之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．\n8．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s.9．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内．\n\n\n【解析】电磁打点计时器用的是低压交流电源；开始前将小车停在靠近打点计时器的位置；实验前应把纸带放在复写纸下方，先接通电源，待打点稳定后再放开纸带．【答案】BC\n选择器材及进行实验应特别注意下列问题：(1)明确打点计时器对电源的要求——交流电源．(2)保证所打第一个点速度为零的方法——先通电，后放开小车．(3)要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前要及时用手按住它．\n\n纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带________是越走越快的，纸带________是开始越走越快，后来又越走越慢的．若所用电源的频率是50Hz，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________m，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，AD段的平均速度是________m/s.\n\n【答案】A、CBD0.040.276.75117.88\n\n\n(1)试计算在打下B、C、D、E各点时小车的瞬时速度vB、vC、vD、vE各多大？(2)计算小车的加速度为多大？\n\n【答案】(1)0.145m/s0.495m/s0.575m/s0．658m/s(2)2.0m/s2\n\n【思路点拨】拍摄得到的小球的照片中，A、B、C、D……各小球的位置，正是首先释放的某球每隔0.1s所在的位置．这样就把本题转换成一个物体在斜面上做初速度为零的匀加速运动的问题了．求拍摄时B球的速度就是求首先释放的那个球运动到B处的速度；求A球上面还有几个正在滚动的小球变换为首先释放的那个小球运动到A处经过了几个时间间隔(0.1s)．\n\n【答案】(1)1.75m/s(2)两颗\n1．在“使用打点计时器测速度”的实验中，除电源、纸带外，还需选用的仪器是()A．停表B．刻度尺C．速度计D．打点计时器\n【解析】由打点计时器在纸带上打下的点的间隔数可知任意两点间的时间间隔，故不需要停表．再利用刻度尺测出两点间的距离就可进一步求出平均速度，故不需要速度计．【答案】BD\n2．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【解析】打点计时器振针打点的周期决定于交流电的频率，例如频率为50Hz时每隔0.02s打一个点．【答案】B\n3．根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是()A．时间间隔B．位移C．速率D．平均速度\n【答案】AB\n4．如下图所示是同一打点计时器打出的4条纸带，哪条纸带的加速度最大()\n【解析】4条纸带的时间间隔相等，其中C、D2条纸带上的点间隔均匀表明它们是做匀速直线运动，可看做加速度为0.A、B2条纸带上的点间隔在不断增大，且A条纸带上的点相邻间距之差较大，故纸带A的加速度最大．【答案】A\n5．(2010年宁波高一检测)打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，下图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，请回答下面的问题\n(1)甲图是________打点计时器，电源采用的是________．(2)乙图是________打点计时器，电源采用的是________．(3)在某次实验中，物体拖动纸带做匀加速直线运动，打点计时器所用的电源频率为50Hz，实验得到的一条纸带如下图所示，纸带上每相邻的两个计数点之间都有4个点未画出．按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，实验中用直尺量出各计数点到0点的距离如图所示(单位：cm)．\n①在计数点1所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度为v1＝________m/s，物体的加速度a＝________m/s2.(保留两位有效数字)②该同学在测量的时候没有将计数点5的数值记录下来，根据前面的数值可以推算出计数点5到0点的距离为________cm.\n\n【答案】(1)电磁　低压交流电4V～6V(2)电火花　交流220V(3)①0.180.75②14.50\n6．一个小球沿斜面向下运动，用每间隔0.1s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片如下图所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间时间间隔是0.1s，测得小球在几个连续相等时间内的位移(数据见表)，则：\ns1(cm)s2(cm)s3(cm)s4(cm)8.209.3010.4011.50\n\n【解析】由表中数据s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝1.10cm，可以判断小车做匀加速直线运动．本实验加速度的求法采用逐差法，即乙的方法，这样能将s1、s2、s3、s4全用上，有效地减小误差，代入数据解得a＝1.1m/s2.【答案】(1)相等　匀加速(2)乙1.1m/s2\n7．一小球在桌面上从静止开始做加速运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编号．如下图所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻．摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5s，小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝________m/s.在坐标图中作出小球的速度—时间图象(保留描点痕迹)．\n\n\n\n【答案】0.12m/s0.24m/s图见解析\n