物理：1.4《实验：用打点计时器测速度》精品学案（人教版必修1）.doc

第4节　实验：用打点计时器测速度 研究物体的运动，就要知道物体运动的位移、时间等，但这样还不能完整地描述运动．生活中，我们还会提出这样的问题：物体在哪个位置运动的更快？如何描述物体在某一位置或某时刻运动的快慢呢？这就要知道物体在某位置的速度，即瞬时速度，为此，本节就要学习一种测量瞬时速度的方法． 一、实验目的 1．练习使用电磁打点计时器或电火花计时器． 2．学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况． 3．利用v－t图象分析实验数据，描述物体的运动． 二、实验原理 1．两种打点计时器当接通50 Hz的交流电时，都是每隔0.02 s打一次点． 2．当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，线段上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移，根据平均速度的定义式v＝，当Δt很短时，可以认为等于t时刻的瞬时速度． 三、实验步骤 1．把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，并检查两条白纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否夹在两条纸带之间． 2．把计时器上的电源插头插在交流220 V电源插座上． 3．接通开关，用手水平地拉动两条纸带，纸带上就会打下一系列的点迹． 4．取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出n个点，这些点划分出来的间隔数为(n－1)．由此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间为0.02(n－1) s. 5．用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离x，再利用公式＝计算纸带通过这段位移时的平均速度．把测量和计算的结果填入表中． 6．在小纸带上标记连续7个计数点，分别标上记号A、B、C、D、E、F、G.用刻度尺测量每相邻两个点间的距离，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、x6，记录到表中． 7．根据表中对纸带数据的测量结果，运用学过的知识判断：物体在这段时间内的运动是匀速直线运动还是变速直线运动？说出判断的理由． 8．将B、C、D、E、F作为测量点，分别测量包含这些点的一段位移Δx，由于Δt很小，求出Δt内的平均速度，即等于各点的瞬时速度，记入表中． 四、注意事项 1．电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6 V以下交流电源；电火花计时器使用220 V交流电源． 2．实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材． 3．使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定时再用手拉纸带． 4．手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集． 5．复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰． 6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源． 五、实验数据处理 1．根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度． (1)在纸带上相邻两点的时间间隔均为0.02 s(电源频率为50 Hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小． (2)根据v＝，求出任意两点间的平均速度，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间间隔数与0.02 s的乘积．这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度． 2．粗略计算瞬时速度 某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示，如图1－4－2所示，vE≈DG或vE≈DF. 图1－4－2 说明：在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用v＝公式来求解，但须注意的是，如果取离E点越接近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应根据实际情况选取这两个点． 六、利用v－t图象分析物体的运动 1．v－t图象 用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图1－4－3所示的v－t图象． 图1－4－3 图1－4－4 2．v－t图象的意义 v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹． 3．匀速直线运动的v－t图象 (1)匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线，如图1－4－4所示，直线a、b分别表示va＝4 m/s，vb＝8 m/s. 1－4－5 (2)从匀速直线运动的v－t图象中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移，根据位移公式x＝vt，在v－t图象中就对应着边长分别为v和t的一个矩形面积，如图1－4－5中画斜线的部分． 七、利用现代科技测速度的方法 1．借助传感器用计算机测速度．详见课本． 2．借助数字计时器和气垫导轨测速度．详见课本． 这样测得的速度也不是瞬时速度，应是遮光条在遮光这段时间内滑块的平均速度． 3．利用频闪照相分析计算物体的运动． 研究物体的运动规律，除用打点计时器外，还可以用频闪照相，在暗室里放上照相机，让快门一直打开，旁边用频闪灯照相，因为频闪灯每隔相同时间瞬间闪光一次，在照相底片上就留下