2018-2019物理粤教版必修一讲义：第一章 运动的描述 第三节 Word版含答案

第三节记录物体的运动信息
[学习目标] 1.了解两种计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.2.理解纸带中包含的物体运动信息.3.理解利用纸带判断物体运动快慢的原理.
一、了解打点计时器
1.打点计时器的作用及分类
打点计时器是一种使用交流(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz 时，它每隔0.02 s打一次点，打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移，供高中学生实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器两种.
2.电磁打点计时器
(1)工作电压：6 V的交流(填“交流”或“直流”)电源；
(2)原理：接通电源后，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动.这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点.
3.电火花打点计时器
(1)工作电压：220 V交流电源；
(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一行点迹.
4.两种打点计时器误差比较
电火花打点计时器在使用中对纸带的运动阻力极小，因而系统误差较小.
二、练习使用打点计时器
1.实验步骤
(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带.
(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6 V低压交流电，电火花打点计时器接220 V交流电).
(3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，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.
2.注意事项
(1) 打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置.
(2)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.
(3)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.
(4)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个计数点到起始点O之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位.
三、数字计时器
1.构成：由数字计时器和光电门组成.其中光电门由发光装置和光线接收装置构成，计时器有两个输入插口分别与两个光电门相连，如图1所示.
图1
2.计时原理
(1)记录物体通过一个光电门的时间.当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，物体通过光电门，遮光结束，数字计时器停止计时，这样就记录下物体遮挡一个光电门光线的短暂时间.
(2)记录物体经过两个光电门之间的时间.任一光电门第一次遮光时开始计时，第二次遮光时停止计时，计时器显示的是两次遮光之间的时间(物体先后通过两个光电门之间的时间).
3.使用数字计时器应该注意的问题
(1)实验前应调整发光装置和光线接收装置的相对位置，因为如果二者没有对准，则不能计时.
(2)根据实验要求正确选择数字计时器的计时功能.
一、打点计时器的使用
例1(多选)在“用打点计时器测速度”的实验中，若打点周期为0.02 s，下列说法正确的是()
A.先接通电源，后拉动纸带
B.先拉动纸带，后接通电源
C.电火花计时器使用6 V以下的交流电源
D.连续n个计时点间的时间为(n－1)×0.02 s
答案AD
解析 使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带，A 正确，B 错误；电火花计时器的工作电压是220 V 交流电，C 错误；每相邻的两个计时点间的时间为0.02 s ，连续n 个计时点间有n －1个间隔数，故时间为(n －1)×0.02 s ，D 正确.
【考点】练习使用打点计时器
【题点】打点计时器的原理及使用方法
例2 如图2所示是一位同学使用打点计时器得到的两条纸带，他将两条纸带(甲、乙)上下并排放在一起进行比较，在图中A 、B 两点之间，两条纸带(甲、乙)运动的时间之比是( )
图2
A.1∶1
B.2∶1
C.1∶2
D.无法比较
答案 B
解析 设纸带上每打出两个相邻点所经历的时间为T ，所以纸带甲、乙上A 、B 两点间时间
之比为t 1t 2＝10T 5T ＝21
，选项B 正确. 【考点】练习使用打点计时器
【题点】打点计时器的原理及使用方法
二、数字计时器的使用
例3 如图3所示用数字计时器研究物体的直线运动.1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s 、2.00×10－2 s.滑块从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt ＝0.31 s ，已知滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm ，测得光电门1和2之间的距离为0.54 m ，求：(结果要求保留两位有效数字)
图3
(1)滑块通过光电门1时的速度v 1＝ m/s ，通过光电门2时的速度v 2＝ m/s.
(2)滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为 m/s.
答案 (1)1.0 2.5 (2)1.7
解析 (1)滑块通过光电门1时的速度
v 1＝d t 1
＝1.0 m/s.
滑块通过光电门2时的速度v 2＝d t 2
＝2.5 m/s. (2)滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为：v ＝s Δt ＝0.54 m 0.31 s
≈1.7 m/s. 【考点】数字计时器的使用
【题点】数字计时器的理解和测物体运动的快慢
1.(纸带计时原理)打点计时器所用的电源是50 Hz 交流电，其相邻点间的时间间隔是T ，若纸带上共打出N 个点，纸带上记录的时间为t ，则下列各式正确的是( )
A.T ＝0.1 s ，t ＝NT
B.T ＝0.05 s ，t ＝(N －1)T
C.T ＝0.02 s ，t ＝(N －1)T
D.T ＝0.02 s ，t ＝NT
答案 C
解析 T ＝0.02 s ，共打出N 个点，则就有(N －1)个时间间隔，则t ＝(N －1)T .
2.(对打点计时器的理解)一打点计时器所用电源频率是50 Hz ，如图4所示，纸带上的A 点先通过计时器，A 、B 间历时 s ，位移为 .
图4
答案 0.04 2.80 cm
解析 当f ＝50 Hz 时，T ＝1f
＝0.02 s ，t AB ＝2T ＝0.04 s ，s AB ＝(1.20＋1.60) cm ＝2.80 cm. 3.(对数字计时器的理解)关于数字计时器的说法正确的是( )
A.数字计时器只能记录物体通过一个光电门的时间
B.数字计时器能记录物体通过一个光电门的位移
C.数字计时器能记录物体先后两次经过光电门之间的时间
D.数字计时器不能记录物体先后两次经过光电门之间的时间
答案 C
解析 数字计时器既可以记录物体遮挡一个光电门的短暂时间，也可以记录物体经过两个光电门之间的时间，C 正确.
4.(打点计时器的使用)在“用打点计时器测速度”的实验中，(1)下列操作中正确的是 (填选项序号)
A.在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B.打点计时器应放在长木板有滑轮的一端
C.先接通电源，后释放小车
D.电火花打点计时器应使用6 V交流电源
(2)如图5所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，其中做匀速直线运动的是.
图5
答案(1)AC(2)乙
5.(数字计时器的原理及数据处理)用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度.如图6所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了滑块上的遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光板的宽度为3.0 cm，则滑块通过第一个光电门的速度为，通过第二个光电门的速度为.(结果均保留两位有效数字)
图6
答案0.10 m/s0.27 m/s
解析由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，
所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示.
经过第一个光电门的速度v1＝d
Δt1＝3.0×10－2
0.29m/s≈0.10 m/s，经过第二个光电门的速度v2＝
d
Δt2＝3.0×10－2
0.11m/s≈0.27 m/s.。