实验:用打点计时器测量物体的速度和加速度
1 授课类型 打点计时器测速度和加速度 教学目的 1.掌握打点计时器的原理及其使用方法。 2.掌握对纸带上记录的原始数据进行处理的能力。 3.能利用打出的纸带测定某段时间内的平均速度。 4.掌握在极短的时间内物体的瞬时速度近似等于这段时间内的平均速度这一近似方法。并利用测出的速度,画出v-t图象,通过图象来分析物体的运动情况. 5.掌握建立图像的一般规律,了解用图像研究物理问题的方法。 6.培养学生养成良好的实验习惯和实验态度;培养学生尊重原始测量数据这一实事求是的科学态度. 教学内容
考点分析: (1) 考查重点:利用打点计时器测出物体运动速度,得到v-t图像,从而分析物体运动情况。 (2) 2016高考考向前瞻:运动图像。考查从图线斜率、面积、正负等判断物体的运动情况,并近而延伸至对受力和功能关系的综合分析。
一、要点提纲: 打点计时器 1. 仪器介绍 打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02s打一个点(由于电源频率是50Hz)。 纸带上的点表示了相应运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上所打点的间隔,就可以了解物体运动的情况。
2. 分类 (1)电磁打点计时器 图示是电磁打点计时器的构造图,图中标出了几个主要部件的代号及名称。
Ⅱ.同步讲解
Ⅰ.课堂导入 2
当给电磁打点计时器通电后,线圈产生磁场,放在线圈中的振片被磁化,由于线圈通的是交变电流,电流方向不断变化,振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动起来.当交变电流的频率是50 Hz时,电磁打点计时器的振针每0.02 s打下一个点。 (2)电火花计时器 图示是电火花计时器的构造图.图中标出了几个主要部件的代号,它们的名称见图。
电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显示出点迹的计时仪器.当电源的频率是50Hz 时,它的脉冲放电周期也是0.02s,即每隔0.02s 打下一个点。
[试一试] 1.打点计时器能使用直流电源吗?为什么? 答:不能。因为直流电无法改变电流方向,交流电可以使针或者火花塞放电打点
假设交流电源的频率不是50Hz,而是60 Hz,打点计时器还是每隔0.02 s打一个点吗?这时它将每隔多长时间打下一个点? 答:不是。此时,即每隔打下一个点
3. 使用 (1).电磁打点计时器的使用 3
①用限位孔限定纸带,复写纸压在纸带的上面.通电,振片带动振针打点.若纸带运动,其上就会留下一行小点。(穿孔 压复 通电 打点) ②如由物体带动纸带运动,物体的位移就对应为纸带上相应点间的距离,运动时间可由该距离上点痕的数目计算。 (2).电火花计时器的使用 ①使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上,把纸带穿过限位孔.当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带上就打出一行点迹。(套轴 穿孔 通电 按脉 打点) ②这种计时器工作时,纸带运动时受到的阻力比较小,实验误差也比较小。
(3).两种打点计时器异同比较
实验一:用打点计时器测速度 1. 根据平均速度定义式,当很小时,可以认为表示t时刻的瞬时速度。 2. 下图所示为用打点计时器打出的一条纸带,相邻两点间的时间间隔为T,则A,B,C三点对应的速度为: 4
3. 纸带的处理 ① 判断物体的运动规律
② 计算变速直线运动中某段的平均速度 纸带在某段时间内的平均速度 [试一试] 5
下图所示为同一打点计时器打出的4条纸带,其中,平均速度最大的是哪一条( ) 解析:选A。由于打点计时器打点的时间间隔相等,在打下相同个数点的过程中,所用的时间相同,而纸带A的位移最大,所以纸带A的平均速度最大。
③ 用打点计时器测量瞬时速度
D、F两点离E越近,算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。然而D、F两点过小则测量误差增大。应该根据实际情况选取这两个点。
1. 打点计时器所用电源的频率为50 Hz,某次实验中得到的一条纸带,用毫米刻度尺测量的情况如图所示,纸带在A、C间的平均速度为________m/s,在A、D间的平均速度为________m/s,B点的瞬时速度更接近于________m/s.(保留两位有效数字)
解析:由题意知,相邻两点间的时间间隔为0.02 s.AC间的距离为14 mm=0.014 m, AD间的距离为25 mm=0.025 m. 由公式得:m/s=0.35 m/s,=m/s=0.42 m/s. B点的瞬时速度更接近于0.35 m/s. 答案:0.35 0.42 0.35
4.用图象表示速度 通过对纸带的计算,我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度,如表1,要想形象的了解纸带的速度变化规律 6
我们还要借助于v-t图象(见下图)。 1.如图是甲、乙两物体运动的速度图象,下列说法正确的是( ) A.物体甲处于静止状态 B.物体乙刚开始时以5 m/s的速度与甲物体同向运动 C.物体乙在最初3 s内的位移是10 D.物体乙在最初3 s内的路程是10 m 解析:选BD 根据图象可知,物体甲速度横为10m/s,所以A错;开始时,甲乙速度皆为正值,B对;最初3s内,乙图象与x轴所谓面积是0,故乙位移为0,但路程为面积每部分的绝对值的和,故乙路程为10m,D对。
实验一:用打点计时器测加速度 1、实验原理 设物体做匀加速直线运动,加速度是a,在各个连续相等的时间T里的位移分别是,则有: 7
以此类推: 由此还可得到: 同理有 可见,测出各段位移即可求出 , 再算出的平均值,就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度 2、常用方法 ①图像法 求出第n点时纸带的瞬时速度(一般要5点以上),然后作出v-t图像, 用v-t图像的斜率求物体运动的加速度。
根据表格做出v-t图像如下:
② 利用“逐差法”求加速度 由于物体做匀变速运动,所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等,即Δx=可得a=,但利用一个Δx求得的加速度偶然误差太大,为了减小实验中的偶然误差,分析纸带时,纸带上的各段位移最好都用上,方法 8
如下: (a)如图所示,若为偶数段,设为6段,则,然后取平均值,即 ,或由直接求得; (b)若为奇数段,则中间段往往不用,如5段,则不用第三段,则,然后取平均值,即;或去掉一段变为偶数段由
1. 在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,用打点计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50Hz,如图所示是一次实验得到的一条纸带,纸带 上每相邻的两计数点间都有四个点未画出,按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为 1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4=______ m/s,小车的加速度大小a=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
解析: 根据平均速度代替瞬时速度得:, 由题意得两个相邻计数点间的距离为: x1′=0.0140 m,x2′=x2-x1=0.0215m,x3′=x3-x2=0.0290m, x4′=x4-x3=0.0370m,x5′=x5-x4=0.0440m,x6′=x6-x5=0.0515m。 采用逐差法得: 故答案为:0.405;0.756
打点计时器原理 1.打点计时器振针打点的周期,决定于( )
A.交流电压的高低 B.交流电的频率 C.永久磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸的距离 解析:选B。当电流变化一个周期时,振片在竖直方向上振动一个周期,所以打一次点,即在交流电的一个周期内打点一次,即每两个点间的时间间隔等于交流电的周期.而交流电的周期又等于电源的频率的倒数。
2.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点痕,下列说法错误的是( ) A.点痕记录了物体运动的时间 B.点痕记录了物体在不同时刻的位置或某段时间内的位移 C.点在纸带上的分布情况,反映了物体的形状
Ⅰ.知识结构 9
D.点在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况 解析:选C。打点计时器每隔一定的时间打下一个点,因而点迹记录了物体运动的时间,故A正确;同时也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移,故B正确;点迹的分布情况反映了物体的运动情况,而不能反映物体的质量和形状,故C错误;根据对C选项的论述可知,D正确.本题选错误的故选C。
打点计时器的具体应用 1. 打点计时器与匀加速直线运动的结合
某同学用下图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动.实验步骤如下:
a.安装好实验器材. b.接通电源后,让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动,重复几次.选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如下图中0、1、2……6点所示.
c.测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离,分别记作:s1、s2、s3……s6. d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动. e.分别计算出s1、s2、s3……s6与对应时间的比值s1/t1、s2/t2、s3/t3……s6/t6. f.以s/t为纵坐标、t为横坐标,标出s/t与对应时间t的坐标点,划出s/t-t图线. 结合上述实验步骤,请你完成下列任务: (1)实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下列的仪器和器材中,必须使用的有 和 .(填选项代号) A.电压合适的50Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平 F.重锤
第1章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律 2023年高考物理一轮复习(新高考新教材)
实验一 探究小车速度随时间变化的规律目标要求 1.会正确使用打点计时器,学会利用纸带上的点迹求物体的速度和加速度.2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法.实验技能储备一、打点计时器1.作用:计时仪器,当所用交变电源的频率f =50 Hz 时,每隔0.02 s 打一次点. 2.结构(1)电磁打点计时器(如图)(2)电火花计时器(如图)3.工作条件:⎩⎪⎨⎪⎧电磁打点计时器:8 V 交变电源电火花计时器:220 V 交变电源二、实验: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、槽码、刻度尺、导线、交变电源. 2.实验过程(1)按照实验装置,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,下端挂合适的槽码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面;(3)把小车停在靠近打点计时器处,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)更换纸带重复实验三次,选择一条比较理想的纸带进行测量、分析. 3.数据处理(1)求物体的速度与加速度①利用平均速度求瞬时速度:v n =x n +x n +12T =d n +1-d n -12T .②利用逐差法求解平均加速度a 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 33=(x 4+x 5+x 6)-(x 1+x 2+x 3)9T 2. ③利用速度—时间图像求加速度a .作出速度—时间图像,通过图像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 ①x 1、x 2、x 3…x n 是相邻两计数点间的距离.②Δx 是两个连续相等的时间内的位移差:Δx 1=x 2-x 1,Δx 2=x 3-x 2,…. ③若Δx 等于恒量(aT 2),则说明小车做匀变速直线运动.④Δx =aT 2,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. 4.注意事项(1)平行:纸带、细绳要与长木板平行.(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取下纸带. (3)防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止槽码落地及小车与滑轮相撞. (4)减小误差:小车的加速度应适当大些,可以减小长度测量的相对误差,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. (5)小车从靠近打点计时器位置释放. 5.误差分析(1)纸带运动时摩擦力不均匀,打点不稳定引起误差. (2)计数点间距测量有偶然误差. (3)作图有误差.考点一 教材原型实验例1 (2019·全国卷Ⅰ·22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在A 、B 、C 、D 、E 五个点中,打点计时器最先打出的是_____点.在打出C 点时物块的速度大小为_____ m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为________ m/s 2(保留2位有效数字).答案 A 0.233 0.75解析 根据题述,物块加速下滑,在A 、B 、C 、D 、E 五个点中,打点计时器最先打出的是A 点.根据刻度尺读数规则可读出,B 点对应的刻度为1.20 cm ,C 点对应的刻度为3.15 cm ,D 点对应的刻度为5.85 cm ,E 点对应的刻度为9.30 cm ,AB =1.20 cm ,BC =1.95 cm ,CD = 2.70 cm ,DE =3.45 cm.两个相邻计数点之间的时间间隔T =5×150 s =0.10 s ,根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得,打出C 点时物 块的速度大小为v C =BC +CD 2T ≈0.233 m/s.由逐差法可得a =CD +DE -(AB +BC )4T 2,解得a =0.75 m/s 2.例2 (2018·北京卷·21改编)用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律.主要实验步骤如下:a .安装好实验器材,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次.b .选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O (t =0),然后每隔相同的时间间隔T 选取一个计数点,如图乙中A 、B 、C 、D 、E 、F ……所示.c .通过测量、计算可以得到在打A 、B 、C 、D 、E ……点时小车的速度,分别记作v 1、v 2、v 3、v 4、v 5……d .以速度v 为纵轴、时间t 为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图丙所示.结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有________和________(填选项前的字母). A .电压合适的50 Hz 交变电源 B .电压可调的直流电源 C .刻度尺 D .秒表 E .天平(含砝码)(2)在图中已标出计数点A 、B 、D 、E 对应的坐标点,请在该图中标出计数点C 对应的坐标点,并画出v -t 图像.(3)观察v -t 图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是________________.v -t 图像斜率的物理意义是__________________.(4)描绘v -t 图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动.用平均速度ΔxΔt 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对Δt 的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的Δx 大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”). 答案 (1)A C (2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关解析 (1)打点计时器使用的是交变电源,故选A ,不选B ;相邻打点间的时间是已知的,故不选D ;计数点间的距离需要用刻度尺测量,故选C ;由于不需要知道小车和重物的质量,故不需要天平(含砝码),故不选E.(2)连线时要让尽量多的点在一条直线上,其他点均匀地分布在直线两侧.(3)可以依据v -t 图像是倾斜的直线(斜率一定),即小车的速度随时间均匀变化,判断出小车做匀变速直线运动;v -t 图像的斜率表示加速度.(4)严格地讲,Δx Δt 表示的是Δt 内的平均速度,只有当Δt 趋近于0时,ΔxΔt 才表示瞬时速度,因此若用ΔxΔt 表示各计数点的瞬时速度,对Δt 的要求是越小越好;从实验的角度看,选取的Δx越小,用ΔxΔt 计算得到的平均速度越接近计数点的瞬时速度,但Δx 过小,测量误差增大,因此选取的Δx 大小与速度测量的误差有关.考点二 探索创新实验对本实验的改进创新的方法1.实验器材的改进及速度的测量方法(如图)2.获得加速度方法的改进靠重物的拉力获得加速度―→长木板倾斜靠重力获得加速度,如图甲、乙所示.3.用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器代替打点计时器.通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定,使小车尽可能做匀加速直线运动,以提高实验的精确度. 例3 (2020·海南卷·14(2))某同学用如图(a)所示的装置测量重力加速度.实验器材:有机玻璃条(白色是透光部分,黑色是宽度均为d =1.00 cm 的挡光片),铁架台,数字计时器(含光电门),刻度尺.主要实验过程如下:(1)将光电门安装在铁架台上,下方放置承接玻璃条下落的缓冲物;(2)用刻度尺测量两挡光片间的距离,刻度尺的示数如图(b)所示,读出两挡光片间的距离L =________ cm ;(3)手提玻璃条上端使它静止在________方向上,让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过;(4)让玻璃条自由下落,测得两次挡光的时间分别为t 1=10.003 ms 和t 2=5.000 ms ; (5)根据以上测量的数据计算出重力加速度g =________ m/s 2(结果保留三位有效数字). 答案 (2)15.40 (3)竖直 (5)9.74 解析 (2)两挡光片间的距离 L =15.40 cm -0 cm =15.40 cm(3)手提玻璃条上端使它静止在竖直方向上,让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过. (5)玻璃条下部挡光条通过光电门时玻璃条的速度为 v 1=dt 1=1.00×10-210.003×10-3m/s ≈1 m/s玻璃条上部挡光条通过光电门时玻璃条的速度为v 2=d t 2=1.00×10-25.000×10-3m/s =2 m/s根据速度位移公式有v 22-v 12=2gL 代入数据解得加速度g =v 22-v 122L≈9.74 m/s 2.例4 (2017·全国卷Ⅱ·22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系.使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器.实验步骤如下:①如图(a),将光电门固定在斜面下端附近,将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt ; ③用Δs 表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示],v 表示滑块在挡光片遮住光线的Δt 时间内的平均速度大小,求出v ;④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②、③; ⑤多次重复步骤④;⑥利用实验中得到的数据作出v -Δt 图,如图(c)所示. 完成下列填空:(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小,用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则v 与v A 、a 和Δt 的关系式为 v =________.(2)由图(c)可求得v A =______ cm/s ,a =______ cm/s 2.(结果保留3位有效数字) 答案 (1)v A +12a Δt (2)52.1 16.6(16.4~16.8均可)解析 (1)设挡光片末端到达光电门的速度为v ,则由速度时间关系可知:v =v A +a Δt ,且v =v A +v2联立解得:v =v A +12a Δt ;(2)由题图(c)可读出v A ≈52.1 cm/s ,图线的斜率k =12a =53.6-52.4(180-35)×10-3 cm/s 2≈8.28 cm/s 2, 即a ≈16.6 cm/s 2.例5 某实验小组用频闪照相方法来研究物块的变速运动.在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示,拍摄时频闪频率是10 Hz ;通过斜面上固定的刻度尺(最小分度为1 mm)读取的5个连续影像的读数依次为x O 、x A 、x B 、x C 、x D .x O x A x B x C x D 5.1 cm15.86 cm30.91 cm50.25 cm73.90 cm根据表中数据,完成下列填空:(1)以上哪个数据不符合刻度尺读数要求________(选填x O 、x A ……); (2)物块到达B 点时的速度v B 为________ m/s(保留3位有效数字);(3)请充分利用数据计算出物块的加速度a 为________ m/s 2(保留3位有效数字). 答案 (1)x O (2)1.72 (3)4.30解析 (1)由于刻度尺的最小分度为0.1 cm ,读数需要估读,则x O 不符合刻度尺读数要求. (2)由于B 点是A 、C 两点的中间时刻,所以v B =x C -x A 2T =(50.25-15.86)×10-22×0.1 m/s ≈1.72 m/s(3)由逐差法得物块的加速度大小为a =x BD -x OB 4T 2=73.90-30.91-(30.91-5.10)4×0.12×10-2 m/s 2≈ 4.30 m/s 2.课时精练1.用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中,某同学打出了如图所示的一条纸带.(1)电火花计时器使用的是________ V 的________(填“直流”或“交变”)电源;计时器打点的时间间隔为0.02 s ,每隔4个点取1个计数点,依次得到了O 、A 、B 、C 、D 几个计数点. (2)小车由静止开始运动,则纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连;(3)用刻度尺量得OA =1.20 cm ,OB =2.80 cm ,OC =5.80 cm ,OD =7.20 cm ,打B 点时纸带的速度大小为________ m/s ,纸带运动的加速度大小为________ m/s 2;(4)如果当时电网中交变电流的频率变大,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值比实际值________(填“偏大”或“偏小”);(5)关于打点计时器的使用,下列说法正确的是________. A .电磁打点计时器使用的是8 V 的直流电源B .在测量物体速度时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动C .使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越小D .电源的电压越高,打点的时间间隔就越小答案 (1)220 交变 (2)左 (3)0.23 0.40 (4)偏小 (5)BC 解析 (1)电火花计时器使用220 V 的交变电源;(2)小车从静止开始做加速运动,相邻计数点间距变大,可知,小车与纸带的左端相连; (3)打B 点时纸带的速度v B =OC -OA 2T =5.80-1.202×0.1×10-2 m/s =0.23 m/s由逐差法得加速度大小为a =BD -OB 4T 2=(7.20-2.80)-2.804×0.12×10-2 m/s 2=0.40 m/s 2 (4)如果在实验中,交流电的频率变大,那么实际打点周期变小,根据运动学公式Δx =aT 2得,测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小;(5)电磁打点计时器使用的是8 V 的交变电源,故A 错误;为了充分利用纸带,在测量物体速度时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动,故B 正确;由T =1f 可知,使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越小,故C 正确;打点的时间间隔与电压无关,故D 错误. 2.(2022·浙江省高三模拟)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律.物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(未到达滑轮处).从纸带上选取便于测量的部分,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示.(1)实验中除了打点计时器外,下列还需要用到的测量器材是________. A .游标卡尺 B .秒表 C .毫米刻度尺D .托盘天平(2)通过分析纸带上的数据,可判断物块开始减速的时刻位于________. A .计数点5和6之间某时刻 B .计数点6和7之间某时刻 C .计数点7和8之间某时刻(3)若打点计时器所接电源的频率为50 Hz ,计数点5对应的速度大小为________ m/s ,计数点6对应的速度大小为________ m/s.(均保留三位有效数字) 答案 (1)C (2)B (3)1.00 1.20解析 (1)本实验需要根据纸带上的数据计算物块的速度,故需要用到刻度尺测量点距,C 正确.(2)从题图乙可以看出,物块从计数点1开始加速,相邻相等的时间间隔的位移差大约为2 cm ,而第6个到第7个计数点间的距离与第5个到第6个计数点间的距离相比增加了1.27 cm ,故开始减速的时刻位于计数点6和7之间某时刻,B 正确. (3)相邻计数点的时间间隔T =0.1 s ,则计数点5对应的速度v 5=x 462T =(9.00+11.01)×10-22×0.1m/s ≈1.00 m/s由逐差法可得匀加速阶段的加速度大小为 a =x 46-x 244T 2=(9.00+11.01-5.01-7.01)×10-24×0.12 m/s 2 ≈2.00 m/s 2因而v6=v5+aT=1.20 m/s.3.(2020·江苏卷·11)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度,实验装置如图甲所示.(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是________.(2)下列主要操作步骤的正确顺序是________.(填写各步骤前的序号)①把刻度尺竖直固定在墙上②捏住小球,从刻度尺旁静止释放③手机固定在三角架上,调整好手机镜头的位置④打开手机摄像功能,开始摄像(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中的小球和刻度如图乙所示.已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为16s,刻度尺的分度值是1 mm,由此测得重力加速度为_____ m/s2.(4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向.从该视频中截取图片,________(选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度.答案(1)小钢球(2)①③④②(3)9.6(9.5~9.7均可)(4)仍能解析(2)安装好器材后,先打开手机摄像功能,再由静止释放小球.这类似于使用打点计时器时先接通电源,再释放纸带,故顺序是①③④②.(3)由题图乙读得x1=2.50 cm,x2=26.50 cm,x3=77.20 cm,由(x3-x2)-(x2-x1)=gT2,T=16s,解得g≈9.6 m/s2.(4)释放时手抖动,导致小球的运动偏离了竖直方向,但在小球下落过程中,小球竖直分运动仍然是加速度为重力加速度g的运动,故仍能用(3)问中的方法测出重力加速度.4.如图甲,用电磁打点计时器测定物体做自由下落运动时的加速度,实验打出一条较长纸带,一同学在该纸带上截取了不同位置的(a)(b)(c)(d)四段进行测量处理,每段纸带上有三个计时点,按顺序依次编号为0~11,测量结果如图乙所示.所用电源频率为50 Hz.(1)5、6两点之间撕掉了________个计时点;(2)通过对四段纸带的计算分析,下述判断比较接近事实的是________.A.物体开始下落时的加速度最接近重力加速度B.当地的重力加速度约为9.56 m/s2C.随物体速度的增大当地重力加速度减小D.实验中物体所受阻力不可忽略答案(1)1(2)AD解析(1)由Δx=x m-x n=(m-n)aT2可估算(m-n)=ΔxaT2=(3.70-2.54)×10-29.8×0.022≈3即5、7计时点之间有3个T时间段,两个计时点(包括6点),如图所示,故5、6之间有1个计时点.(2)设四段对应加速度分别为g1、g2、g3、g4,则由Δx=gT2得g1=g2=9.75 m/s2、g3=9.5 m/s2、g4=9.25 m/s2.由此可见,开始下落时物体的加速度最接近重力加速度,A正确;随物体速度增大,加速度明显减小,说明所受阻力明显增大,因此当地重力加速度应大于且更接近9.75 m/s 2,B 错误;当地重力加速度是不变的,C 错误;由于加速度减小明显,阻力不可忽略,D 正确.5.某物理小组利用图甲所示的装置测当地的重力加速度g ,在铁架台上安装两个光电门,光电门1固定,光电门2可上下移动.将电磁铁通电,小铁球静止在电磁铁下端,调整两光电门的位置,让电磁铁断电后,小球沿竖直线通过两个光电门,光电计时器能记录小铁球从光电门1运动至光电门2的时间t .(1)用游标卡尺测量小铁球的直径,测量结果如图乙所示,则小铁球的直径D =________ cm ;(2)使小铁球由静止下落,用铁架台上的固定刻度尺测出两个光电门之间的距离h ,及对应的运动时间t .保证光电门1的位置不变,多次改变光电门2的高度,并测出多组h 和t ,以h t为纵坐标,以t 为横坐标,作出h t-t 的关系图线如图丙,不考虑小铁球直径对实验的影响,则纵截距的含义是________________________;当地重力加速度的测量值g =________ m/s 2(结果保留两位有效数字).(3)如果考虑空气阻力对实验的影响,则重力加速度的测量值与真实值相比________(填“偏小”“相等”或“偏大”).答案 (1)1.000 (2)小铁球经过光电门1时的速度 9.7 (3)偏小解析 (1)游标卡尺的精确度为0.05 mm ;游标卡尺的主尺读数为10 mm ,游标尺读数为0.05×0 mm =0.00 mm ,则小铁球的直径D =10 mm +0.00 mm=10.00 mm =1.000 cm ;(2)设小铁球经过光电门1的速度为v 1,根据位移-时间公式则有h =v 1t +12gt 2,变形得h t =v 1+12gt 由此可知纵截距的含义是小铁球经过光电门1时的速度,斜率为k =12g 结合图像可得g =2k =2×2.76-2.030.15m/s 2 ≈9.7 m/s 2(3)如果考虑空气阻力对实验的影响,实际小铁球下落的加速度变小,则测得的重力加速度偏小.。
打点计时器实验报告数据
打点计时器实验报告数据打点计时器实验报告运用打点计时器的力学实验研究实验报告篇二:打点计时器实验报告实验报告班级姓名实验课题:用打点计时器测速度实验目的:(1)认识打点计时器的结构及工作原理(2)练习使用打点计时器,并根据纸带研究物体的运动(3)根据纸带上的点迹求平均速度及粗略的测量物体的瞬时速度(4)能认识、描绘v--t图象,并根据v--t图象判断物体的运动情况实验器材:学生电源、导线、打点计时器、纸带、复写纸(斜面、小车、钩码)刻度尺实验原理:1、打点计时器的工作原理:打点计时器是利用电磁感应原理制造的,通过打点来计时的一种仪器。
当通有交流电(4~6V)时,线圈变为一电磁铁(N极,S极不断变化),与永久磁铁相互作用,造成振片上下振动,带动振针在运动的纸带上打下一系列的点迹。
由于交流电为50Hz,故打下的每两个点之间的时间间隔为0.02秒,打下的点不仅记录了物体的位置,也记录了运动所用的时间。
2、测一段位移的平均速度:取纸带上某两点之间为研究对象,用刻度尺测出它们之间的距离Δx,通过两点之间的间隔数n,求出该段位移所用时间Δt=n×0.02s,利用平均速度的公式求出该位移的平均速度。
3、粗略测量瞬时速度:测量某点(位置)瞬时速度时,在其两侧(包含该点)取一段小位移,求出其平均速度,可以粗略的代替该点的瞬时速度。
实验步骤:1、认识打点计时器的构造及工作原理:2、练习使用打点计时器:(1)将打点计时器固定,熟悉实验仪器。
(2)用导线将学生电源与打点计时器连接(学生电源处于关闭状态)。
(3)装好复写纸片及纸带,启动电源,用手水平拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。
(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,由间隔数计算出第一个点到第n个点的运动时间。
(5)用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离,由平均速度的公式,求出该段位移内的平均速度。
测量瞬时速度:(1)、取纸带上某一点为计时零点,每隔0.1s(5个间隔)取一测量点,分别用数字0,1,2,3,4,5标出这些“测量点”。
高考物理实验专题 测定物体的加速度(含解析)
高考实验专题 测定物体的加速度1. 某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。
物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。
已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。
在ABCDE 五个点中,打点计时器最先打出的是 点,在打出C 点时物块的速度大小为 m/s (保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为 m/s 2(保留2位有效数字)。
【答案】 (1). A (2). 0.233 (3). 0.75 【解析】【详解】分析可知,物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动,纸带上的点迹,从A 到E ,间隔越来越大,可知,物块跟纸带的左端相连,纸带上最先打出的是A 点;在打点计时器打C 点瞬间,物块的速度24.65100.233m/s 220.1BD C x v T -⨯===⨯;根据逐差法可知,物块下滑的加速度()22226.15 3.15100.75m/s 440.1CE AC x x a T --⨯-===⨯。
故本题正确答案为:A ;0.233;0.75。
2. 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。
实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a )所示。
实验时学.科.网,保持桌面水平,用手轻推一下小车。
在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b )记录了桌面上连续的6个水滴的位置。
(已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴)(1)由图(b )可知,小车在桌面上是____________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。
(2)该小组同学根据图(b )的数据判断出小车做匀变速运动。
小车运动到图(b )中A 点位置时的速度大小为___________m/s ,加速度大小为____________m/s 2。
(结果均保留2位有效数字) 【答案】(1)从右向左;(2)0.19 0.037【解析】(1)小车在阻力的作用下,做减速运动,由图(b )知,从右向左相邻水滴间的距离逐渐滴水针头 小车图(a )水 83100117133150左 右 mm图(b )A减小,所以小车在桌面上是从右向左运动;(2)已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴,所以相邻两水滴间的时间间隔为:s 324530==∆t , 所以A 点位置的速度为:m/s 19.02133.0117.0=∆+=tv A ,根据逐差法可求加速度:21245)(6)()(t a x x x x ∆=+-+, 解得a =0.037 m/s 2。
学生实验二(A) 用打点计时器研究加速度与力和质量的关系
物理 (通用类)
实=__________N,小车和两个钩码的质量m1 = __________ kg 相邻两个计数点之间的时间t = _______s
s/m
s 11
a 11
a1/(m·-2) s
s 12 s 11 t
2
Δa1/(m·-2) s
a 11 a 11 a 1
[注意事项] 1.学生电源要给打点计时器提供适当的工作电压;
2.打点计时器在滑板上的位置要放正,以便纸带能顺畅地通过;
3.纸带要压在复写纸下面,并且复写纸能顺畅地绕定轴转动; 4.要平衡摩擦力,使小车在无拉力作用下能做匀速直线运动; 5.钩码的质量要远小于小车的质量; 6.小车被拉到滑轮附近时,要将小车拦住,防止小车撞击滑轮或跌落。 [思考题] 1.在实验步骤3中,当用一个钩码拖拽小车时,为什么要将另一个钩 码放在小车上? 2.本实验的误差主要产生在什么地方?
物理 (通用类)
[实验目的]
1.用打点计时器测量物体运动的瞬时速度和加速度; 2.用打点计时器研究加速度与作用力、质量的关系;
3.学习用控制变量的方法研究物理规律。 [实验器材] 打点计时器、学生电源、导线、纸带、复写纸、刻度尺、滑板、小车各 一个,砝码若干。
物理 (通用类)
[实验原理] 用砝码拖动小车在滑板上运动,用打点计时器测出小车的加速度,从而 研究加速度与力和质量的关系。
δa2/(%)
s 22
a 22
s 23 s 22 t
2
a 22 a 22 a 2
s 23
a 23
s 24 s 23 t
2
a 23 a 23 a 2
打点计时器求速度加速度习题
• 某次实验用打点计时器交流电的频率为 50Hz,图中O点为纸带的第一个点,接下来 的前几个点模糊,因此从A点开始每打五个点 取一个计数点,推测纸带的运动是加速还是 减速?在打出A、F这两点的时间间隔中, 纸带运动的平均速度是 ,B点的瞬时 速度为 。
• 打点计时器使用的交流电频率f=50Hz. 下图 是某同学在正确操作下获得的一条纸带,A、 B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标 出.写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车 加速度的计算式:a= . 根据纸带所 提供的数据,算得小车的加速度大小 • 为 m/s2(结果保留两位有效数字).
• 一位同学打出的纸带如图实-10所 • 示,A点为打下的第一个点,0、1、2、3、 4、5、6为连续的点,现测得s1、 s2、s3、 • s4、s5、s6分别为4.03 cm、4.42 cm、 4.80 cm、5.18 cm、5.57 cm、5.95 cm, 请你根 • 据这条纸带推算此落体过程的加速度a为 ________ m/s2.(保留三位有效数字)
?某次实验用打点计时器交流电的频率为50hz图中o点为纸带的第一个点接下来的前几个点模糊因此从a点开始每打五个点取一个计数点推测纸带的运动是加速还是减速
打点计时器求速度加速度习题
• .用接在50 Hz 交流电源上的打点计时器, 测定小车速度,某次实验中得到一条纸带, 如下图所示,从比较清晰的点起,每五个 打印点取一个记数点,分别标明0、l、2、3、 4……,量得0与 1两点间距离x1 = 30mm, 3与4两点间的距离x2 = 48mm,则小车在0 与1两点间平均速度为 m/s。
• .某次实验纸带的记录如图4-2-15所示, 从A点起每隔5个点取一计时点,则D点的对 应速度为________m/s,物体运动的加速 度为________ m/s2.
沪科版高中物理必修一(课件):第一章 5实验:利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度
5.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像尽量分 布在坐标平面中央. 6.利用描出的点作v-t图像时,不要将相邻的点依次相连成折线,而应使大 多数点在直线(或曲线)上,不在线上的点均匀分布在直线(或曲线)两侧,个 别离线较远的点舍去.
典例精析
例1 在“利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度”实验中,某同 学进行了以下实验操作步骤,试找出其中的错误和遗漏的步骤(遗漏步骤 可编上序号G…). A.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通电源 B.将打点计时器固定在长木板无滑轮一端,并接好电路 C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当的钩码 D.取下纸带,再断开电源 E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔 F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析
数值(m/s)
vB
vC
vD
0.400 0.479 0.560
vE 0.640
3.62+4.38×10-2
解析 vB=
2×0.1
m/s=0.400 m/s;
5.20+4.38×10-2
vC=
2×0.1
m/s=0.479 m/s;
5.20+5.99×10-2
vD=
2×0.1
m/s≈0.560 m/s.
vF 0.721
一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、
刻度尺 、坐标纸.
2.了解打点计时器
图1
(1)电磁打点计时器如图1所示,是一种使用低压 、 交流 电源的计时仪器,
工作电压为 4~6 V.
(2)当电源频率是50 Hz时,电磁打点计时器每隔 0.02 s打一次点.
二、实验原理
1.打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置和物体运动的时间.
高中物理必修一实验用打点计器测速度
例如在实验中测量长度时,会存在偶然误差。为减小此 偶然误差,应通过多次测量来取平均值。
③ 绝对误差和相对误差
➢ 区分计时点和计数点:
④ 手拉纸带时,速度应快一些,以防点迹太密集。
纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦
电源频率为50Hz时,打点时间间隔为0.
第一章:运动的描述
第 4 节 实验:用打点计时器测速度
速度计算公式: 刻度尺
用秒表测量较短的时间时,误差较大
电磁打点计时器
电源
原理
阻力 来源
打点 时间 间隔
精确 程度
电火花打点计时器
电磁打点计时器
电火花打点计时器
电源
4~6V低压交流电源
220V交流电源
原理
阻力 来源
打点 时间 间隔
精确 程度
电源频率为50Hz
△x
△ t =_0_._1_s
点迹的疏密与速 度有什么关系?
如何测出E点的瞬时速度? 不准确
A
B
C
D
准确可行
MN
不可行
➢ 用打点计时器测量瞬时速度
测量原理: 测量某一位置的瞬时速度,可以取包含这一位置在
内的一小段位移△x(一般在该点两侧各取一点),测出 这一段位移内的平均速度,用这个平均速度粗略代替纸 带经过该位置时的瞬时速度。
计时点 (3)接通电源,释放纸带;
3、一同学在使用打点计时器时,纸带上点不是圆点而是一些短线,这可能的原因是(
)
打点计时器不能连续工作太长时间,打完点后应立即关闭电源。
③ 释放物体前,应使物体停在靠近打点计时器的位置;
纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦
人教版高中物理必修1第一章第4节实验:用打点计时器测速度课件
(3)用纸带分析物体的运动情况
并能计算平均速度
①在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s (电源频率为50Hz),所以点迹密集的地方 表示纸带运动的速度很小。 ②根据v=△x/△t,求出在任意两点间的平均速 度,这里△x可以用直尺测量出两点间的距离, △t为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积。这 里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。
练 习 打点计时器的使用
Байду номын сангаас
使 1.把打点计时器固定在桌子上。
用 2.按说明正确安装纸带。
打 点
3.启动电源,用手水平拉动纸带,纸带上打出 一系列的点,随后立即关闭电源。
电磁打点计时器
(2)电磁打点计时器工作原理
线圈 振片 振针
永久磁铁 平均速度 v x
t
限位孔
Δx
Δx Δx
0.08s 0.06s
0.04s
0 01
2
34 1
5
67 2
8
9 cm10
工作原理图
电磁打点计时器原理:被交变磁场磁化的振 片在永久磁铁的作用下振动,振针打在复写 纸上使纸带上打出一系列的点。
经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛与 喜悦,并乐于探索自然界的奥妙。
培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和 科学精神。
教学重难点
重点
打点计时器的使用。 由纸带计算物体运动的瞬时速度。 画物体的速度—时间图象。
难点
对纸带上记录的原始数据进行处理。 测定瞬时速度,画出v-t图象,并通过图象 来分析物体的运动情况。
②电火花打点计时器使用220 V交流电 源.当电源频率为50 Hz时,每隔0.02 s打 一次点.
③工作原理:当接通电源、按下脉冲输出 开关时,计时器发出的脉冲电流经过放电针、 墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在 运动的线带上就打出一行点迹.
打点计时器实验步骤及其操作总结
纸带 打点计时器图1-1打点计时器实验实验名称:打点计时器测小车加速度(重力加速度)实验原理:电磁打点计时器(电火花打点计时器)都是使用50Hz 交流电,所以每隔0.02s 都会打下一个点。
实验器材:(测小车加速度)打点计时器、纸带若干条、铅笔、签字笔、毫米刻度尺、交流电源、带滑轮的长木板、小车、钩码(测重力加速度)打点计时器、纸带若干条、铅笔、签字笔、毫米刻度尺、交流电源、重锤、缓冲沙盒 实验图:实验步骤:(一)实验操作部分1.依照实物图连接好电路图。
(注意:一定要使用交流电源!电磁打点计时器是6v 低压交流电源;电火花打点计时器是220v 交流电源。
测重力加速度时,使用的是铁架台;测小车加速度时使用的是带定滑轮的长木板,山东科技大版在设计该实验室使用了调节长木板与水平桌面的夹角来使得小车的下滑分力来平衡小车与长木板间的摩擦力)2.取一条长度合适的纸带,一段与小车相连,另一端穿过打点计时器限位孔并压在复写纸之下。
将小车另一端通过细线、绕过定滑轮与钩码相连。
并将小车靠近打点计时器,并用手按住小车。
(测重力加速度时)将纸带一端与重锤相连,另一端通过打点计时器限位孔压在复写纸之下,用手提起纸带使重锤靠近打点计时器。
3.接通电源,让打点计时器先工作一会在释放小车。
(测重力加速度时)先接通电源,让打点计时器先工作一会,再释放重锤。
4.在小车运动到快靠近定滑轮时关闭电源,同时按住小车,取下纸带。
(测重力加速度时)待纸带落入缓冲沙盒后在关闭电源。
5.换上新纸带,改变小车自重或钩码重,重复多次实验。
(测重力加速度时)在实验室不同的位置同一高度、同一位置不同高度等采用控制变量法多做几次。
6.挑选点迹清晰的纸带,将起点处标记为O 点,以后依次每隔四个点标为一个计数点,分别为A 、B 、C 、D ……并用毫米刻度尺量出每两个相邻计数点间的距离,分别记为1x 、2x 、纸带夹子重物打点计时器接电源图1-23x 、4x ……进行数据处理。
打点计时器实验报告
学生实验:练习使用电火花计时器或电磁打点计时器实验报告班级:______ 同组姓名:______时间:_____一、实验目的练习使用电火花计时器或电磁打点计时器,利用打上点的纸带研究物体的运动情况;学会测量平均速度和瞬时速度。
二、实验器材电火花计时器或电磁打点计时器,纸带,刻度尺,导线,电源三、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的套在纸盘轴上,检查两条白纸带是否已经正确的穿好,墨粉纸盘是否已经夹在两条白纸带之间。
(2)把计时器上的电源插头插在交流220 V电源插座上。
(3)按下脉冲输出开关,用手水平的拉动两条纸带,纸带上就打下一列小点。
(4)取下纸带,从能看得清的某个点开始,数一数纸带上共有多少个点。
如果共有n个点,点子的间隔数就为n-1个,用t=0.02(n-1)s计算出纸带的运动时间t.(5)用刻度尺测量一下,打下这些点,纸带通过的距离s有多长。
(6)利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度。
把测量和计算的结果填入表1中。
(7)在纸带上找出连续的6个点,分别标上记号A、B、C、D、E、F。
用刻度尺测出两个相邻点间的距离s1、s2、s3、s4、s5(如图所示),根据这些数据,计算出各时刻的瞬时速度并填入表2中。
运用你学过的知识,判断纸带的运动是匀速运动还是变速运动,并把判断的结果和理由写清楚。
根据测量数据做出小车运动的速度-时间图象。
四、注意事项:(1)将打点计时器固定在桌子上,以免在拉纸带时晃动它,并要轻轻试拉纸带,应无明显阻滞现象,同时复写纸应该能随纸带的移动而移动。
必要时,可通过定位轴的前后移动来调节复写纸的位置。
(2)若纸带上出现双点或漏点现象,可通过适当调整振动片的长度予以纠正,若纸带上出现拖痕和点迹不清,应调整振针长度。
五、数据处理: 示例1:表11234△t /S△x /m 2-40-2 3-4 2-3 1-2 0-1 区间 表1 手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度) /( 1 - • s m v示例2:表2计数点序号 A B C D E F计数点对应的时刻(s)通过计数点的速度(cm/s)小车运动的速度-时间图象:六、布置作业1、完成实验报告2、课后思考:根据打出的纸带和测量数据如何计算小车运动的平均加速度?。
