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  • 2021-06-02 发布

高中物理人教版必修一导学案:第一章第四节+实验:用打点计时器测速度

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4 实验:用打点计时器测速度 课堂合作探究 问题导学 一、打点计时器的原理及使用 活动与探究 1 1.电磁打点计时器使用低压交流电源工作,能不能使用直流电源?为什么? 2.从原理上考虑,电火花计时器跟电磁打点计时器相比,哪个误差可能会更小? 3.关于打点计时器的使用说法正确的是( ) 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 迁移与应用 1 打点计时器在纸带上的点迹,直接记录了( ) A.物体运动的时间 B.物体在不同时刻的位置 C.物体在不同时间内的位移 D.物体在不同时刻的速度 [来源:学科网 ZXXK] (1)两种计时器使用的都是交流电源,当电源的频率为 50 Hz 时,都每隔 0.02 s 打一 次点。不过它们使用的工作电压不同,电磁打点计时器的 工作电压在 6 V 以下,电火花计 时器的工作电压是 220 V。 (2)电火花计时器工作时,纸带运动时受到的阻力比较小,实验误差也就比较小。 (3)实验时,将打点计时器固定在桌子上,以免在拉纸带时晃动它,并要轻轻试拉纸 带,应无明显阻滞现象,同时复写纸应该能随纸 带的移动而移动。必要时,可通过定位轴 的前后移动来调节复写纸的位置。 (4)若纸带上出现双点或漏点现象,可通过适当调整振动片的长度予以纠正;若纸带 上出现拖痕和点迹不清,应调整振针长度。 二、实验步骤 活动与探究 2 1.某学生在用打点计时器做“用打点计时器测速度”的实验,如图所示,其中有错误 与不妥之处,请把它找出来。 2.实验前打点计时器是否需要固定?为什么?如果需要固定,固定前应如何做? 3.你认为使用打点计时器时,通电和拉纸带的顺序应是什么?手拉纸带的速度应快些 还是慢些?为什么? 4.打点计时器能否工作较长时间?打点之后有必要立即关闭电源吗? 迁移与应用 2 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.安装纸带 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)在安装纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在______上,还要检查______ 是否夹在纸带之间。 实验步骤 (1)了解打点计时器的结构,然后把它固定在桌子上。[来源:Z.xx.k.Com] (2)把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与 6 V 的低压交流电源的接线柱相连接, 让纸带穿过两个限位孔,压在复写纸的下面。 (3)接通电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。 (4)取下纸带,从能看得清的某个点数起,数一数纸带上共有多少个点。如果共有 n 个点,则用Δt=0.02×(n-1) s 计算出纸带的运动时间Δt。 (5)用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx,利用公式 v =Δx Δt 计算纸带在这 段时间内的平均速度。把测量和计算的结果填入表中。 实验 次数 点数 n 点划分 出的间隔 数 n-1 运动时间 Δt/s 位移 Δx/m 平均速度 v /(m·s-1) 1 2 [来源:Zxxk.Com] 三、纸带的测量和数据处理 活动与探究 3 1.测量各计数点间的位移时,逐个测量较好,还是一次测出各计数点到起始计数点 O 的距离,再计算各计数点间的距离较好? 2.如图所示,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,用厘 米刻度尺测量情况如图所示,纸带在 A、C 间的平均速度为________ m/s,A、D 间的平均 速度是________ m/s;B 点的瞬时速度更接近于________ m/s。 3.本实验在处理数据时误差的可能来源是什么?(至少找出两条) 迁移与应用 3 在“用打点计时器测速度”的实验中,如图所示给出了从 0 点开始,每 5 个点取一个计 数点的纸带,其中 0、1、2、3、4、5、6 都为计数点。测得 x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3 =2.38 cm,x4=2.88 cm,x5=3.39 cm,x6=3.87 cm。那么: (1)在计时器打出点 4 时,求小车的速度。 (2)在平面直角坐标系中作出速度—时间图象,并分析小车的速度如何变化。 (1)打点计时器打点的周期为 T,则 A、B、C、D……各点的瞬时速度分别为:vA=x1+x2 2T 、 vB=x2+x3 2T 、vC=x3+x4 2T 、vD=x4+x5 2T ……。 (2)物体的运动也可以用图象描述,以速度 v 为纵轴,时间 t 为横轴,在方格纸上建 立直角坐标系,把测出的纸带上各点的速度在坐标系中描点,并用一条平滑的曲线把这些点 连起来,即可得到如图所示的 v-t 图象。 当堂检测 1.打点计时器振针打点周期取决于( ) A.交流电源电压的高低 B.交流电源的频率 C.永久性磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸间的距离 2.对电火花计时器和电磁打点计时器的有关说法中,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电火花打点计时器在纸带上打点也是靠振针和复写纸 ④电磁打点计时器打点的是电火花和墨粉 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 3.利用打点计时器打下的纸带( ) A.能准确测出某点的瞬时速度 B.能近似测出某点的瞬时速度 C.能准确测出某段时间内的平均速度[来源:Z.xx.k.Com] D.可用任意两点间的平均速度准确表示某点的瞬时速度 4.一学生在练习使用电磁打点计时器时,纸带上打出的不是点,而是一些短线,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.振针压得过紧 5.如图所示是拖动纸带时打点计时器打出的一条纸带,A、B、C、D、E 为我们在纸带 上所选的计数点,相邻计数点间的时间间隔为 0.1 s,试估算打点计时器打下 B、C、D 各点 时的瞬时速度:vB=________ m/s,vC=______ m/s,vD=________ m/s。 答案: 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1:1.答案:当线圈接上交流电源时,振片被磁化成一条形磁铁,其两端 极性随线圈中电流方向的改变而周期性地变化。由于振片处于永久磁铁的两极之间,在磁场 的作用下而产生振动,振片末端的振针就开始打点。直流电的电流方向不变化,故不能打点。 2.答案:电火花计时器在使用中运动阻力极小,这种极小阻力来自于纸带运动的本身, 而不是打点产生的,因而系统误差小,计时精度与交流电源频率的稳定程度一致,同时它的 操作简易,使用安全可靠。 3.C 解析:电磁打点计时器使用交流电源,A 错;使用打点计时器时应先接通电源, 后让物体运动,B 错;打点的时间间隔 T=1 f ,f 是电源频率,与电源的电压高低无关,所以 C 正确,D 错误。 迁移与应用 1:AB 解析:电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔 0.02 s 在纸带 上打一个点,因此,打在纸带上的点迹可直接反映物体的运动时间,因为纸带跟运动物体连 在一起,打点计时器固定,所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置。 用刻度尺量出各点迹间的间隔,可知道物体在不同时间内的位移,再根据速度公式可算 出物体在不同时刻的速度,但这些量不是纸带上的点迹直接记录的。 活动与探究 2:1.答案:电磁打点计时器必须接交流电源,而图中所接为直流电源, 显然是个错误;开始时,小车离定滑轮端太近,向前运动的余地太小,致使纸带上的计时点 过少,给测量带来不便,产生较大误差。 2.答案:(1)实验前,应将打点计时器固定好。 (2)以免拉动纸带时晃动。 (3)要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。 3.答案:(1)使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动 纸带。 (2)手拉动纸带时速度应快一些。 (3)以防点迹太密集。 4.答案:打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后有必要立即关闭电源,以保护 打点计时器。 迁移与应用 2:答案:(1)ABDEC (2)纸盘轴 墨粉纸盘 解析:根据实验原理,通过对实验仪器的观察,掌握新仪器的使用方法是一种重要的实 验能力。电火花计时器的特点是:打点是靠放电针和墨粉纸盘之间的火花放电来实现的,故 其操作步骤和电磁打点计时器是相似的。墨粉纸盘应套在纸盘轴上,使它可以转动,并被均 匀地利用。墨粉纸盘夹在两条白纸带之间,目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。 活动与探究 3:1.答案:分段测量误差较大,减小分段测量计数点间的位移 x 带来误 差的方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数点 O 的距离,再分别计算出各 计数点间的距离。读数时应估读到毫米的下一位,并且视线要与直尺垂直。 2.答案:0.35 0.43 0.35 解析:由题意知,相邻两点间的时间间隔为 0.02 s,A、C 两点间的距离为 14 mm=0.014 m,A、D 两点间的距离为 26 mm=0.026 m。由公式 v=Δx Δt 得 vAC= 0.014 2×0.02 m/s=0.35 m/s, vAD= 0.026 3×0.02 m/s≈0.43 m/s。B 点的瞬时速度更接近 A、C 间的平均速度 0.35 m/s。 3.答案:(1)当交流电的频率不稳定时,计数点间的时间Δt 出现误差。 (2)作 v-t 图象不用坐标纸、尺子,坐标单位选定的不合理,作图粗糙带来误差。 迁移与应用 3:答案:(1)31.4 cm/s (2)见解析 解析:(1)打点 4 时的速度,可用 3、5 两点间的平均速度表示,v4=x4+x5 Δt =2.88+3.39 0.2 cm/s≈31.4 cm/s。 (2)计算各段中间时刻速度见下表[来源:Zxxk.Com] 位置 1 2 3 4 5 速度 v/(cm·s-1) 16.5 21.4 26.3 31.4 36.3 描点连线得其速度—时间图象如图所示 由图象可知小车速度均匀增加。 【当堂检测】 1.B 2.A 3.BC 4.D 5.答案:0.26 0.30 0.34