利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度教案

1、學(xué)案5實驗：利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解電磁打點計時器、電火花計時器的構(gòu)造及工 作原理2學(xué)會使用打點計時器.3.掌握測瞬時速度的方法，會用打出的 紙帶求瞬時速度.4.能根據(jù)紙帶求勻變速直線運動的加速度.盤故追本溯源 推陳方可知新知識儲備區(qū)一、實驗器材1 .器材：打點計時器、交流電源、紙帶、一端附有滑輪的長木板、 小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙.2 . 了解打點計時器(1)電磁打點計時器如圖1所示，是一種使用低壓、交流電源的計時 儀器，工作電壓為46 V.(2)當(dāng)電源頻率是50 Hz時，電磁打點計時器每隔 002 s打一次點. 二、實驗原理1 .打點計時器打出的

2、紙帶能記錄運動物體在不同時刻的位也2 .根據(jù)紙帶計算某時刻的瞬時速度根據(jù)亍=。求任意兩點間的平均速度，把這個平均速度值看成這段 時間中間時刻的瞬時速度.(注：學(xué)習(xí)第2章后，就會知道，勻變速 直線運動中，某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速 度).3 .加速度的計算根據(jù)a =計算出物體的加速度.(2)由v t圖像，利用圖線的斜率求出物體的加速度.基礎(chǔ)自學(xué)落實重點互動探究學(xué)習(xí)探究區(qū)一、實驗步驟1 .如圖2所示，把一端附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑 輪伸出桌面，打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路.打點計時器館紙帶OS明何碼&圖22 .紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙

3、套在定位軸上，并且壓在紙帶上面， 把打點計時器的兩個接線柱接到 4 V6 V的低壓交流電源上.3 .把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行， 然后把紙帶穿過打點 計時器的限位孔，并把紙帶的另一端固定在小車的后面.4 .把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點，換上新紙 帶，重復(fù)實驗三次.二、數(shù)據(jù)處理1 .挑選紙帶并測量在三條紙帶中選擇一條點跡最清晰的.為了便于測量，舍掉開頭一些 過于密集的點跡，找一個適當(dāng)?shù)狞c當(dāng)作計時起點 （0點），每5個點（相 隔0.1 s）取一個計數(shù)

4、點進(jìn)行測量，如圖3所示.（相鄰兩點間還有4個 點未畫出）圖32 .瞬時速度的計算和記錄（1）計算方法：某段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，即Vn = SnW，例如圖3中計數(shù)點4的速度V4 = S42Ts5其中T= 0.1 s.（2）設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)01234567時刻t/s00.10.20.30.40.50.60.7，/1v/(m s )3.加速度的計算圖4（1）根據(jù)a =氣"，求解加速度，可以多求幾次，再求 a的平均值.（2）作出小車運動的v-t圖像，利用斜率求出小車的加速度.如圖 4 所示，小車的加速度a=V2二芋.12 t1三、注意事項1 .開始釋放小車時，

5、應(yīng)使小車靠近打點計時器.2 .先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車.3 .打點完畢，立即斷開電源.4 .選取一條點跡清晰的紙帶，舍棄開頭點跡密集部分，適當(dāng)選取計 數(shù)點（注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別），弄清楚所選的時間間隔T等于多 少.一般在紙帶上每隔 4個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為 T = 0.02X 5 s= 0.1 s.5 .在坐標(biāo)紙上畫v-1圖像時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖 像盡量分布在坐標(biāo)平面中央.6 .利用描出的點作v t圖像時，不要將相鄰的點依次相連成折線， 而應(yīng)使大多數(shù)點在直線（或曲線）上，不在線上的點均勻分布在直線（或 曲線）兩側(cè)，個別離線較遠(yuǎn)的點舍去.典例精析【例1】在

6、“利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”實驗中， 某同學(xué)進(jìn)行了以下實驗操作步驟，試找出其中的錯誤和遺漏的步驟 （遺漏步驟可編上序號G）.A.拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器的一端后，放開紙帶，再 接通電源B.將打點計時器固定在長木板無滑輪一端，并接好電路C.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)?shù)你^碼D.取下紙帶，再斷開電源E.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔F.從所打的紙帶中選取理想的紙帶進(jìn)行測量分析錯誤和遺漏：正確的步驟順序為答案 A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶 D中應(yīng)先斷開電源，再 取下紙帶換上新紙帶，重復(fù)實驗兩次BECADGF【例2 在用打點計時器測量勻變

7、速直線運動的加速度的實驗中， 圖5 甲是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中 A、B、C、D、E為相鄰的 計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出.（電源頻率為50 Hz） 2760-60.30單位：em105.60圖5(1)根據(jù)運動學(xué)有關(guān)公式可求得 Vb= 1.38 m/s, vc =m/s, Vd = 3.90 m/s.（2）利用求得的數(shù)值在圖乙所示坐標(biāo)紙上作出小車的 v-t圖線（從打A 點時開始計時）.利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運動的加速度a =m/g.（3）將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標(biāo)是0.12 m/s,此交點的物理意義是： 解析（1）打C點時對應(yīng)的速度為sBD 60.30 7.50vC

8、=亓=0-2cm/s= 264 cm/s= 2.64 m/s.用描點法作出小車的運動圖像如圖所示.由圖知小車運動的加速度a=啾i）0 I234567R9 10 0乂及閭3.90 m/s- 1.38 m/s（3-1）x 10 1 s= 12.6 m/s2.(3)此交點表示從A點開始計時時，小車的速度為答案 (1)2.64 (2)12.6(3)從A點開始計時時，小車的速度為0.12 m/s0.12 m/s.自我檢測區(qū)檢測學(xué)習(xí)效果臨趨成功快樂1.如圖6所示是用電磁打點計時器測量勻加速直線運動的加速度時得到的一條紙帶，測量出 數(shù)點A、B、C、D中, 說法正確的是()AB= 1.2 cm, AC= 3.

9、6 cm, AD = 7.2 cm,計 每相鄰兩個計數(shù)點之間有四個點未畫出，以下A .電磁打點計時器是只能記錄時間而不能記錄位移的儀器B.若電源頻率f= 50 Hz,則每相鄰的兩個計數(shù)點之間的時間間隔為 0.1 sC.打B點時運動物體的速度vb = 0.20 m/sD.本實驗也可以采用電火花計時器答案 BD解析 電磁打點計時器既可以記錄時間，又可以記錄位移，選項 A 錯誤；電磁打點計時器打點的周期為 0.02 s,相鄰兩個計數(shù)點間有4 個點未畫出，即兩個計數(shù)點間的時間間隔為 0.1 s,選項B正確；VbSac _0.036_ 0.036 2T= 2T = 0.2m/s=0.18 m/s,選項C

10、錯誤；電磁打點計時器和電火花計時器都可以用，選項 D正確.2.在“用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”的實驗中，打 點計時器接在50 Hz的低壓交變電源上.某同學(xué)在打出的紙帶上每 5 點取一個計數(shù)點，共取了 A、B、C、D、E、F六個計數(shù)點(每相鄰兩 個計數(shù)點間的四個點未畫出)，如圖7所示.從每一個計數(shù)點處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長 緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖8所示.(1)請你在xOy坐標(biāo)系中用最簡潔的方法作出能表示 v t關(guān)系的圖線 (在圖8中作答)，并指出哪個軸相當(dāng)于v軸？(2)從第一個計數(shù)點開始計時，為了求出0.15 s時刻的瞬

11、時速度，需要 測 出 哪一 段 紙 帶 的 長 度？(3)若測得a段紙帶的長度為2.0 cm, e段紙帶的長度為10.0 cm,則可求出加速度的大小為 m/£答案(1)v t圖線見解析圖y軸相當(dāng)于v軸(2)b段(3)2.0解析（1）以紙帶寬度為時間單位0.1 s. x軸相當(dāng)于t軸,y軸相當(dāng)于v軸，每段紙帶上端中點的縱坐標(biāo)相當(dāng)于這段時間中間時刻的瞬時速度.把紙 帶上端中點連起來就得到vt圖線.（2）用b紙帶的長度除以0.1 s就是完成b紙帶這段長度的平均速度, 也近似等于0.15 s時刻的瞬時速度，故需測出b段紙帶的長度.(3)0.05 s時的瞬時速度2.0 cm -v1 =-= 20

12、.0 cm/s= 0.20 m/sv10.1 s0. 45 s 時瞬時速度 V2=1(0.； Cm= 100 cm/s= 1.00 m/s u .sm/s2 = 2.0 m/VV2 V1 1.00 0.20a= At =0.45 0.0540分鐘課時作業(yè)1 .在做“用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”實驗時，根據(jù) 打點計時器打出的紙帶，我們可以不利用公式計算就能直接得到的物 理量是（）A.時間間隔B.瞬時速度C.加速度D.某段時間內(nèi)的位移答案 AD解析打點計時器是每隔0.02 s打下一個點，所以數(shù)點就可以知道時 間間隔，故A正確.瞬時速度的求解需要運用勻變速直線運動的公 式，故B錯誤.加速

13、度的求解需要運用公式或利用圖像求斜率，故C錯誤.某段時間內(nèi)的位移可以利用刻度尺直接測得，故 D正確，故 選 A、D.2 .關(guān)于“用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”的實驗，下 列說法中正確的是（）A.打點計時器應(yīng)固定在長木板上，且靠近滑輪一端B.開始實驗時小車應(yīng)靠近打點計時器一端C.應(yīng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車D.牽引小車的鉤碼個數(shù)越多越好答案 BC解析 打點計時器應(yīng)固定在長木板上沒有滑輪的一端，選項 A錯誤； 小車開始時靠近打點計時器是為了使小車的運動距離較大，選項B正確；若先釋放小車后接通電源只能在紙帶的后面部分打點，選項C正確；鉤碼個數(shù)太少，打點密集，鉤碼個數(shù)太多，打點太少，

14、都會帶 來實驗誤差，選項D錯誤.3.下列關(guān)于“用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”實驗中所選計數(shù)點的說法中，不正確 的是（） A.用計數(shù)點進(jìn)行測量計算既方便又可減小誤差B.相鄰計數(shù)點間的時間間隔應(yīng)是相等的C.相鄰計數(shù)點間的距離應(yīng)是相等的D.計數(shù)點是從打點計時器打出的實際點中選出來的，相鄰計數(shù)點間 點的個數(shù)相等 答案 C4.如圖1甲、乙所示為同一打點計時器打出的兩條紙帶，由紙帶可 知（）! 甲 j 6 1 234 ' 5?乙圖1A.在打下計數(shù)點“0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的 大B.在打下計數(shù)點“ 0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的C.紙帶甲的加速度比乙的大D

15、.紙帶甲的加速度比乙的小答案 BD解析 在打下計數(shù)點“0”至“5”也過的中，兩紙帶所用時間相同， 但甲紙帶位移小于乙紙帶位移，故 G甲<1乙，選項A錯，B對；相鄰計數(shù)點間所用時間相等，可知甲的速度不變，乙的速度變大，故 a甲<a乙，選項C錯，D對.5.在“用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”的實驗中，下 述測量每相鄰兩計數(shù)點間距離的方法正確的是 （）A.當(dāng)某兩個計數(shù)點間的距離較大時，可以用短尺把它分段來測量B.當(dāng)某兩個計數(shù)點間的距離較小時，可以用短尺一次把它測完C.測量每兩個相鄰計數(shù)點間的距離，應(yīng)該用帶著毫米刻度的長尺的 零刻度對準(zhǔn)起點，讀出各計數(shù)點對應(yīng)的刻度值，然后逐一相減，

16、得到 每兩個計數(shù)點間距離的數(shù)值D.分別逐個測出每兩個計數(shù)點間的距離，這樣便于記錄答案 C解析 不論兩個計數(shù)點間的距離大還是小，采用 C項所述方法都可 減小誤差，C正確.6.某同學(xué)用如圖2甲所示的實驗裝置測量勻變速直線運動的加速度D.900.850.800.75圖2電磁打點計時器接電源（填“低壓直流”、“低壓交流”或“220 V交流”）.實驗時，使小車靠近打點計時器，先再.（填“接通電源”或“放開小車”）（3）若所接電源的頻率是50 Hz,則每隔秒打一個點.圖乙是繪出的小車速度 一時間關(guān)系圖線，根據(jù)圖線求出小車的加速度為a=m/套（保留三位有效數(shù)字）答案（1）低壓交流（2）接通電源 放開小車（3

17、）0.02 （4）0.682解析（1）電磁打點計時器接低壓交流電源.（2）實驗時，使小車靠近打點計時器，先接通電源再放開小車.若所接電源的頻率是50 Hz,則每隔0.02 s打一個點.在vt圖像中圖線的斜率表示加速度即 a= = 0.682 m/y.7. 一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運動，現(xiàn)用高速攝影機在 同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置 編號，如圖3甲所示，1位置恰對應(yīng)小球剛開始運動的瞬間，作為零 時刻.攝影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1 = 0, v2 = 0.06 m/s, v3=m/s, v4

18、=0.18 m/s, v§=m/s在圖乙所示的坐標(biāo)紙 上作出小球的速度一時間圖像（保留描點痕跡）.123456 l?i 11111 11 1 1 1 11 1 1 1 1 111 1 1 11 010203。%甲乙圖3答案 0.12 0.24見解析圖解析 如題圖所示，Si + S2=0.06 m,而0.06V2= 2t m/s= 0.06 m/s,故 T=0.5 s,則V3 =S2+S30.122T 2X0.5m/s= 0.12 m/s,S4+S50.24又 S4+S5 = 0.24 m,則 V5= 2T =9vnc2 人 0.5m/s= 0.24 m/s其 v t 圖像如圖所示.K 4 O 6 22 2 2 11o.o.o.o.oB(ko.8.實驗小組在用打點計時器測定勻變速直線運動加速度的實驗中，得到一條紙帶如圖4所示，A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為