浙江鸭2018届高三物理一轮复习用打点计时器测速度实验2探究小车速度随时间变化的规律课后限时训练

了解打点计时器的结构、原理及使用方法．会用纸带求速度及根据v－t图象处理数据．1．打点计时器⑴电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。

当接通6 V以下低压交流电源时，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，当交流电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s。

⑵电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。

当接通220 V 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50 Hz 时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。

⑶电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。

⑷打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。

说明：电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样，打点的时间间隔都是0.02 s，所以今后的叙述中不再区分，统称打点计时器。

电磁打点计时器是利用电磁感应原理，其结构如图甲所示；电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的，其结构如图乙所示。

2．原理及使用电火花计时器 电磁打点计时器 工作电压 220 V 交流电 6 V 交流电 打点方式 周期性产生电火花振针周期性上下振动测量速度的原理跟运动物体边在一起的纸带上打出的点记录了物体在不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移△x 。

打两个点的时间可用s n t 02.0)1(⨯-=∆求得，则平均速度tx v ∆∆=，当△t 很短时，可以认为tx ∆∆为t 时刻的瞬时速度。

【实验器材】打点计时器、学生电源、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸．【实验步骤】1．把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面．2．把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V 的低压交流电源上．3．接通电源开关，用手水平拉动纸带，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 个点的间隔数为n －1个，则纸带的运动时间Δt ＝(n －1)×0.02 s.5．用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx .6、利用公式tx v ∆∆=-计算出纸带在这段时间内的平均速度。

实验1 探究小车速度随时间变化的规律1.(1)电火花打点计时器通常的工作电压为伏,实验室使用我国民用电时,每隔秒打一次点;如图所示纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的,纸带的左端先通过电火花计时器,打下的点迹的分布情况如图所示。

若所用电源的频率为50 Hz,从打下A点到打下B点共14个点迹,历时s。

(2)在研究物体速度随时间变化规律的实验中,图甲所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。

如图甲,根据该点相邻前后两点间的平均速度代替该点的瞬时速度可计算各点瞬时速度,可得v C=m/s,在图乙所示的坐标系中作出小车的v-t图线,可得小车的加速度a= m/s2。

答案(1)交流220 0.02 0.26 (2)2.64 12.6解析(1)电火花计时器通常的工作电压为交流220伏,实验室使用我国民用电时,每隔0.02秒打一次点;因从打下A点到打下B点共14个点迹,即A到B共有13个时间间隔,所以共用时t=13×T=0.26 s。

(2)相邻计数点间的时间间隔T=0.10 s,根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,可以求出打C点时小车的瞬时速度大小,v C=-=×10-2 m/s=2.64 m/s同理可以得到v B==-m/s=1.38 m/sv D=-=×10-2 m/s=3.90 m/s根据各时刻的速度,在坐标系内描出对应点,然后作出v-t图象如图所示:由图象得,小车的加速度a=ΔΔ≈12.6 m/s2。

2.图(甲)所示为使用DIS系统研究斜面上小车运动情况的装置图。

图(甲)(1)图(甲)中的C为,B为(填实验仪器名称)。

(2)A发出的红外线和超声波的波形如图(乙)所示,B接收到的红外线和超声波的波形如图(丙)所示。

若超声波传播速度为300 m/s,则小车在t=1×10-3 s到t=2×10-3 s这段时间内的速度为m/s。

实验二：探究小车速度随时间变化的规律
实验目的：学会从实验研究中获取数据，利用图像处理实验数据的方法。

知道小车在恒力作用下速度随时间变化的规律。

实验器材：电磁打点计时器、纸带、刻度尺、6V低压交流电、轨道小车、复写纸盘、导线、开关。

实验步骤：
1.安装：照讲台上实验器材的安装样子安装好轨道
小车、打点计时器和纸带。

将小车前端用细绳拉着通过定滑轮，在细绳端挂上2个（或3个）钩码。

2.使用：接通电源后，释放纸带，小车在不同拉力
作用下运动，纸带上就会被打上一系列的点。

将3根纸带的两个面都打上点。

数据处理（纸带处理）：
选择两条（拉力不同）点迹清晰的纸带进行数据分析，将这两条纸带上适当的一点标为0点，后面每隔5个点，依次标为1、2、3、4、5…并依次测出各计数点的瞬时速度，记录在下面表格中。

小车在几个时刻的瞬时速度
作出速度-时间图像：
根据上面表格中υ1、υ2的数据，在下面坐标中作出υ1、υ2的速度-时间图像。

实验结论：
根据实验数据，作出的速度-时间图像是一条倾斜的直线。

不同的速度直线倾斜程度不一样。

实验1用打点计时器测速度实验2探究小车速度随时间变化的规律1．实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸．2．实验步骤(1)按照实验原理图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源；(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；(3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车；(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．3．注意事项(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．(2)两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；实验完毕应先断开电源，后取纸带．(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．1．数据处理(1)目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等．(2)处理的方法①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质．②利用逐差法求解平均加速度(如图1)图1a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2⇒a ＝a 1＋a 2＋a 33③利用平均速度求瞬时速度：v n ＝x n ＋x n ＋12T④利用速度—时间图象求加速度a ．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；b ．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．2．依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动(1)x 1、x 2、x 3…x n 是相邻两计数点间的距离．(2)Δx 是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx 1＝x 2－x 1，Δx 2＝x 3－x 2，….(3)T 是相邻两计数点间的时间间隔：T ＝0.02n (打点计时器的频率为50 Hz ，n 为两计数点间计时点的间隔数)．(4)Δx ＝aT 2，因为T 是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a 也为恒量，所以Δx 必然是个恒量．这表明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．一、基本仪器的使用1．关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法中正确的是( )A ．打点计时器应接交流电源，交流频率通常为60 HzB ．如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08 sC ．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大D ．电磁打点计时器接在220 V 电源上，电火花打点计时器接在6 V 电源上。

专题04 练习使用打点计时器研究匀变速直线运动1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示是一条记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出，交流电的频率为50 H z。

（1）在打点计时器打B、C、D点时，小车的速度分别为（保留3位有效数字）v B＝________m/s；v C＝________m/s；v D＝________m/s。

（2）在如图所示的坐标系中画出小车的v­t图像。

（3）将图线延长与纵轴相交，交点的速度是___，此速度的物理含义是_______________。

（保留1位有效数字）。

【答案】（1）1.38m/s；2.64m/s；3.90m/s （2）图像如图；（3）0.2 m/s；表示0时刻小车经过A 点的速度。

【解析】C点的瞬时速度0.5280=20/.22.64 /BCDv m s s xTm ＝＝D点的瞬时速度0.780/ 3.90 /20.2CEDxv m s m s T===（2）根据以上数据作出小车的v­t图像，如图所示。

2．某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．①实验中，必要的措施是________．A．细线必须与长木板平行B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力②他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm，则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度v B＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)【答案】①AB②0.800.40【解析】3．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用交流电源的频率是50Hz ，打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况。