學案5實驗：利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度

1、學案 5 實驗：利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度 學習目標定位1了解電磁打點計時器、 電火花計時器的構造及工作原理 2 學會使用打點計 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 能根據紙帶求勻變速直線運動 的加速度. 知識儲備區(qū) 溫故垢本湖旅1隹陳方可卻新 、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、細繩、鉤碼、刻度 尺、坐標紙. 2 .了解打點計時器 (2) 當電源頻率是 50 Hz 時，電磁打點計時器每隔 002 s 打一次點. 二、實驗原理 1.打點計時器打出的紙帶能記錄運動物體在不同時刻的位置. _ 2 .根據紙帶計算某時

2、刻的瞬時速度 根據 v =：可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：學習第 2 章后， 就會知道， 勻變速直線運動中， 某段時間內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 (1) 根據 a = Vt亍0計算出物體的加速度. 由 v t 圖像，利用圖線的斜率求岀物體的加速度. 學習探究區(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, 固定在(1)電磁打點計時器如圖 1 所示，工作電壓為 46 V. 基礎自學藩穽重點豆動探究 并使滑輪伸出桌面， 打點計時器 限拉孔 圖 1 長木板沒有滑輪的一端，連接好電

3、路. 更點* 計時器蛙 址帶肚 2 .紙帶穿過限位孔，把復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上， 并且壓在紙帶上面， 把打點計時器的兩個接線 柱接到 4V6V 的低壓交流電源上. 3 .把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下面掛上適當的鉤碼，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，重復實驗三次. 二、數據處理 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

4、個適當的點當作計時起點(0 點)，每 5 個點(相隔 0.1 s)取一個計數點進行測量, 鄰兩點間還有 4 個點未畫出) * * * * * * 如圖 3 所示.(相 2 .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 如圖 3 中計數點 4 的速度 V4=空芋，其中 T= 0.1 s. Sn + * + 1 2T ，例 位置 0 1 2 3 4 5 6 7 時刻 1/S 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1 v/(m ) 3.加速度的計算 (1) 根據 a =山,求解加速度，可以多求幾次，再求 a 的平均值. 作出小

5、車運動的 v-1 圖像，禾 U 用斜率求出小車的加速度.如圖 4 所示，小車的加速度 a = V2 Vi t2 ti . 三、注意事項 1 開始釋放小車時，應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，適當選取計數點 （注意計數點與計時 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 個點取一個計數點，即 時間間隔為 T = 0.02 X 5 s= 0.1 s. 5.在坐標紙上畫 v t 圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖像盡量分布在坐標平面 中央. 6 .利用

6、描出的點作 v t 圖像時，不要將相鄰的點依次相連成折線， 而應使大多數點在直線（或 曲線）上，不在線上的點均勻分布在直線 （或曲線）兩側，個別離線較遠的點舍去. 典例精析 【例 1】在“利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”實驗中， 某同學進行了以下實驗 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 .把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當的鉤碼 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

7、孔 F. 從所打的紙帶中選取理想的紙帶進行測量分析 錯誤和遺漏： _ ； G. _ ; 正確的步驟順序為 _ . 答案 A 中應先接通電源，再放開紙帶 D 中應先斷開電源，再取下紙帶 換上新紙 帶，重復實驗兩次 BECADGF 【例 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， 圖 5 甲是一次記錄小車運動 情況的紙帶，圖中 A、B、C、D、E 為相鄰的計數點，相鄰計數點間還有四個點未畫出. （電 源頻率為 50 Hz） 根據運動學有關公式可求得 VB= 1.38 m/s , VC = _mS, v= 3.90 m/s. (2) 利用求得的數值在圖乙所示坐標紙上作出小車的 v t 圖

8、線(從打 A 點時開始計時).利用紙 帶上的數據求出小車運動的加速度 a= _ m/s2. (3) 將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標是 0.12 m/s,此交點的物理意義是： 解析(1)打 C 點時對應的速度為 SBD 60.30 7.50 vc= 2T = 02 cm/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 VD VB 3.90 m/s 1.38 m/s _ 2 a = = 1 = 12.6 m/s . tD tB 3 1 x 10 s (3) 此交點表示從 A 點開始計時時，小車的速度為 0.12 m/s. 答案(1

9、)2.64 (2)12.6 從 A 點開始計時時，小車的速度為 0.12 m/s 自我檢測區(qū) 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 AB= 1.2 cm, AC = 3.6 cm , AD = 7.2 cm，計數點 A、B、C、D 中，每相鄰兩個計數點之間有 四個點未畫出，以下說法正確的是 ( ) fTT檢測學習效果悔驗咸功快樂 105.60 甲 圖 5 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點之間的時間間隔為 0.1 s C .打 B 點時運動物體的速度 VB = 0.20

10、m/s D 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 點的周期為 0.02 s,相鄰兩個計數點間有 4 個點未畫出，即兩個計數點間的時間間隔為 0.1 s. 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.某同學在打出的紙帶上每 5 點取一個計數點，共取了 A、B、C、D、E、F 六 個計數點（每相鄰兩個計數點間的四個點未畫出 ），如圖 7 所示從每一個計數點處將紙帶剪 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

11、但不重疊地粘在 xOy 坐 標系中，如圖 8 所示. ABC D E F / F J J f (1. ID 0.20030 0.400.50 f/s V5 = ms 在圖乙所示的坐標紙上作出小球的速度 時間圖像（保留描點痕跡）. D.9D 0 I 11 I | I I I I | I I I | | | | | | I | | | | | 20 30 40 cm 答案 0.12 0.24 見解析圖 解析 如題圖所示，S!+ S2= 0.06 m，而 0.06 V2= 2T m/s = 0.06 m/ s,故 T= 0.5 s, S3 0.12 則 V3=- = 2x 05 m/s = 0.12

12、 m/ s, S4 + S5 0 24 又 S4+ S5= 0.24 m，貝 U V5= = m/s = 0.24 m/s.其 v t 圖像如圖所示. 2 I 2 X 0.5 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 為計數點，相鄰計數點間的時間間隔為 0.1 s,利用刻度尺已經測量 得到 s1= 1.20 cm, s2= 1.60 cm , s3= 1.98 cm , s4= 2.38 cm, s5= 2.79 cm , Ss= 3.18 cm. 圖 4 (1) 根據給出的實驗數據，判斷該實驗小組使用的刻度尺的最

13、小刻度是什么？ 計算運動物體在 B、C、D、E、F 各點的瞬時速度. 試作出 vt 圖像，并由圖像求物體的加速度. 答案 毫米 (2)14 cm/s 17.9 cm/s 21.8 cm/s 25.85 cm/s 29.85 cm/s (3)圖像見解 析 39.6 cm/ s2 解析(1)因為給出的測量長度的數據都是以厘米為單位，小數點后保留兩位有效數字，即精 確到了毫米，最后的一位是估讀出來的，所以刻度尺的最小刻度是毫米. (2) 某一點的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度，根據平均速度的定義可以求得： VB= 14 cm/s , VC = 17.9 cm/ s, VD = 21.8 cm/s, VE= 25.85 cm/ s, VF = 29.85 cm/s. (3) 根據上一問計算出來的速度， 在坐標系中可