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第一章　第4節(jié)　實(shí)驗(yàn):用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的速度
(分值:50分)
溫馨提示:此系列題卡,非選擇題每空2分,分值不同題空另行標(biāo)注
選擇題1題6分。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在一次實(shí)驗(yàn)中,使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度(所用交變電源的頻率為50 Hz),得到如圖所示的紙帶。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,下列表述正確的是 (　　)
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開(kāi)紙帶再接通電源
實(shí)驗(yàn)中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接接在220 V的交變電源上
從紙帶上可求出AC段對(duì)應(yīng)的平均速率
相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02 s
2.(8分)一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率是50 Hz,如圖所示,紙帶上的A點(diǎn)先通過(guò)計(jì)時(shí)器,A、B間歷時(shí)　　　　s,位移為　　　　m,這段時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度為　　　　m/s;AD段內(nèi)的平均速度為　　　　m/s。
3.(8分)在“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)速度”的實(shí)驗(yàn)中,用手拖動(dòng)紙帶打點(diǎn)。
(1)本實(shí)驗(yàn)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、墨粉紙盤(pán))外還必須使用的主要儀器有　　　　電源(填“交流”或“直流”)和　　　　。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置安裝完畢,小車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前情景如圖所示,其中的錯(cuò)誤之處是　　　　　　,不妥之處是　　　　　　　　　　。
4.(8分)某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)小車(chē)速度”的實(shí)驗(yàn)中,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車(chē)拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況(交流電頻率是50 Hz),在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示,每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器,根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,下列選項(xiàng)中:
A.時(shí)間間隔 B.位移
C.平均速度 D.瞬時(shí)速度
我們可以從紙帶上直接得到的物理量是　　　,測(cè)量得到的物理量是　　　　,通過(guò)計(jì)算能得到的物理量是　　　　(填選項(xiàng)前的字母)。
(2)根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,每隔0.1 s測(cè)一次速度,計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度,各個(gè)速度值如下表。
vB vC vD vE vF
數(shù)值/(m·s-1) 0.400 0.479 0.560 0.640 0.721
將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中,并畫(huà)出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。(2分)
5.(10分)在“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量物體的速度”實(shí)驗(yàn)中:
(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用　　　　(1分)(選填“交流”或“直流”)電源的　　　　(1分)(選填“計(jì)數(shù)”“計(jì)點(diǎn)”“計(jì)時(shí)”或“計(jì)長(zhǎng)度”)儀器,在實(shí)驗(yàn)室里常用的有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;如圖甲為　　　　(1分)(選填“電磁”或“電火花”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,它的工作電壓是　　　　(1分)(選填“220 V”或“6 V”)。
(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)中,有如下基本步驟:
A.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)
B.接通電源
C.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上
D.安好紙帶
E.取下紙帶
F.松開(kāi)物體讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng)
這些步驟正確的排列順序?yàn)椤　　　　　　　　　?1分)。
(3)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源工作,它工作電源的頻率是50 Hz,如果用它測(cè)量速度時(shí),實(shí)驗(yàn)者不知道工作電源的頻率已變?yōu)?0 Hz,而仍按50 Hz進(jìn)行計(jì)算,這樣算出的速度值與物體速度的真實(shí)值相比　　　　(1分)(選填“偏大”或“偏小”)。
(4)物體運(yùn)動(dòng)中獲得一條紙帶,如圖乙所示,其中兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,已知所用電源的頻率為50 Hz,則打O點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度v1=　　　　m/s(1分),打B點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度v2=　　　　m/s(1分),打C點(diǎn)時(shí)物體運(yùn)動(dòng)的速度更接近于vC=　　　　m/s(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。
6.(10分)某同學(xué)在做打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)時(shí),將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的電源上,如圖所示為實(shí)驗(yàn)中一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,依次標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F,每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有1個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。
(1)實(shí)驗(yàn)室有兩種電源可供選擇。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)選用工作電壓為　　　　(1分)(填“8 V”或“220 V”)的電源,工作電流為　　　　(1分)(填“直流”或“交流”)。
(2)相鄰兩個(gè)打點(diǎn)的時(shí)間間隔T=　　　　 s(1分),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T'=　　　　 s(1分)。
(3)為了使測(cè)量結(jié)果更精確,測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移時(shí)應(yīng)　　　　　　　　　　　(填“測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離”或“分段測(cè)量各段的距離”)。
(4)現(xiàn)測(cè)得xDE=3.50 cm、xEF=3.90 cm,則打下D、E點(diǎn)間、E、F點(diǎn)間未畫(huà)出的點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度大小分別為　　　　 m/s、　　　　 m/s。
第4節(jié)　實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的速度
1.C　[實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源再放開(kāi)紙帶，故A錯(cuò)誤；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是約6 V的交流電源，故B錯(cuò)誤；AC段對(duì)應(yīng)的平均速率AC＝，故C正確；相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)＝0.02 s×5＝0.1 s，故D錯(cuò)誤。]
2.0.04　0.028　0.7　0.76
解析　電源的頻率是50 Hz，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔是0.02 s，A、B間歷時(shí)tAB＝2T＝0.04 s，位移xAB＝(1.20＋1.60)×10－2 m＝0.028 m，這段時(shí)間內(nèi)的平均速度vAB＝＝＝0.7 m/s；AD段內(nèi)的平均速度vAD＝＝＝0.76 m/s。
3.(1)交流　刻度尺　(2)使用的是直流電源　小車(chē)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)
解析　(1)本實(shí)驗(yàn)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、墨粉紙盤(pán))外還必須使用的主要儀器有交流電源和刻度尺。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置的錯(cuò)誤之處是使用的是直流電源，不妥之處是小車(chē)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，不能充分利用紙帶。
4.(1)A　B　CD　(2)見(jiàn)解析圖
解析　(1)打點(diǎn)紙帶上任意相鄰的點(diǎn)間的時(shí)間間隔與交變電流的周期相同，所以可以從紙帶上直接得到的物理量是A.時(shí)間間隔；利用刻度尺可測(cè)量打點(diǎn)間的距離，即測(cè)量得到的物理量是B.位移；計(jì)算出的有C.平均速度和D.瞬時(shí)速度。
(2)利用得到的各點(diǎn)瞬時(shí)速度進(jìn)行描點(diǎn)連線，不在直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線兩側(cè)，如圖所示。
5.(1)交流　計(jì)時(shí)　電火花　220 V　
(2)CDBFAE　(3)偏小　(4)0.375　0.413　0.413
解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)器。圖示為電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，它的工作電壓為220 V。
(2)做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，安裝紙帶，然后接通電源再放開(kāi)紙帶，打點(diǎn)完成后立即關(guān)閉電源，取下紙帶，故步驟的排列順序?yàn)镃DBFAE。
(3)如果工作電源的頻率變?yōu)?0 Hz，則實(shí)際打點(diǎn)周期變小，而仍按50 Hz進(jìn)行計(jì)算，即利用v＝求速度時(shí)Δt偏大了，則算出的速度值與物體的真實(shí)值相比偏小。
(4)兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，則時(shí)間間隔T＝0.1 s，打O點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度為v1＝＝＝0.375 m/s。打B點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度v2＝＝＝0.413 m/s，由于B、D間時(shí)間更短，其平均速度更接近C點(diǎn)的速度，所以vC＝0.413 m/s。
6.(1)8 V　交流　(2)0.02　0.04　(3)測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離　(4)0.875　0.975
解析　(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為低壓交流電源，工作電壓為8 V，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作原理是電流方向周期性變化，導(dǎo)致產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁鐵之間周期性排斥和吸引，從而帶動(dòng)振針運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)，故工作電流為交流。
(2)由題意知頻率f＝50 Hz，則相鄰兩個(gè)打點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝＝0.02 s，每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有1個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T′＝2T＝0.04 s。
(3)分段測(cè)量各段距離，即在更換不同的測(cè)量起點(diǎn)，誤差比較大，故測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移時(shí)應(yīng)測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離。
(4)根據(jù)瞬時(shí)速度的定義，當(dāng)時(shí)間間隔足夠小時(shí)，可用一段時(shí)間的平均速度代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，則打下D、E點(diǎn)間的未畫(huà)出點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度大小v1＝＝0.875 m/s，同理打下E、F點(diǎn)間的未畫(huà)出點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度大小v2＝＝0.975 m/s。第4節(jié)　實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的速度
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.了解計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)，并學(xué)會(huì)安裝。2.知道打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理。3.能通過(guò)紙帶上的點(diǎn)的位置關(guān)系分析物體的運(yùn)動(dòng)。
探究一　用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>(1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)測(cè)量瞬時(shí)速度。
(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
2.實(shí)驗(yàn)原理
紙帶上某一位置的瞬時(shí)速度，可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移Δx內(nèi)的平均速度表示。
如圖所示，E點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用D、F兩點(diǎn)間的平均速度表示，即vE＝。
3.實(shí)驗(yàn)器材
小車(chē)、附有滑輪的長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、細(xì)繩、刻度尺、坐標(biāo)紙。
4.實(shí)驗(yàn)操作
(1)安裝實(shí)驗(yàn)器材。把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒(méi)有滑輪的一端，紙帶前端固定在小車(chē)后部，然后穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，小車(chē)前端的細(xì)繩穿過(guò)定滑輪垂下，如圖所示。
(2)使小車(chē)在木板上保持靜止，并靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，開(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開(kāi)關(guān)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定工作后，用手拉動(dòng)細(xì)繩，使小車(chē)沿木板做直線運(yùn)動(dòng)。待小車(chē)運(yùn)動(dòng)約一半距離時(shí)，松開(kāi)手，使小車(chē)依靠慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到左端。紙帶上會(huì)留下一系列點(diǎn)跡，如圖所示。
5.處理數(shù)據(jù)
(1)在紙帶上選取一段點(diǎn)跡清晰并且沒(méi)有重疊的區(qū)間，把第1個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O，而后依次標(biāo)為A、B、C、D……
(2)用刻度尺測(cè)量各點(diǎn)的位置(一般使刻度尺的零刻度線與O點(diǎn)對(duì)齊，即O點(diǎn)的位置記為0)，并記錄在表1中。
表1
計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào) O A B C D E …
計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)x/m
(3)計(jì)算各相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE……并記錄在表2中。
(4)計(jì)算各段的平均速度OA、AB、BC、CD、DE、EF……并記錄在表2中。
表2
相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的位移Δx/m xOA xAB xBC xCD xDE xEF …
相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度v/(m·s－1) OA AB BC CD DF EF …
6.繪制v－t圖像
把相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度當(dāng)作起始點(diǎn)的瞬時(shí)速度(例如把OA當(dāng)作vO)，在如圖所示的坐標(biāo)紙上繪制v－t圖像。
7.誤差分析
(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期不穩(wěn)定。
(2)根據(jù)紙帶測(cè)出的位移存在偶然誤差。
例1 如圖所示的A、B、C三條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)得到的紙帶(紙帶的左端連接小車(chē))，電源頻率為50 Hz。
(1)從點(diǎn)跡的分布情況可以斷定：紙帶________是勻速通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的，紙帶________是越來(lái)越快的，紙帶________是開(kāi)始越來(lái)越快，后來(lái)又越來(lái)越慢的(均選填“A”“B”或“C”)。
(2)圖中紙帶C是舍去前面比較密的點(diǎn)，從0點(diǎn)開(kāi)始，每5個(gè)連續(xù)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)以1，2，3，4，5，那么相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為_(kāi)_____s。各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離如圖所示，則小車(chē)通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)的速度v1＝__________m/s，通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“3”時(shí)的速度v3＝________m/s(后兩空結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。
聽(tīng)課筆記_____________________________________________________________
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例2 如圖所示是一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示。求出打1、2、3、4、5等計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的紙帶的瞬時(shí)速度(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)并畫(huà)出速度—時(shí)間圖像。
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探究二　用光電門(mén)測(cè)速度
光電門(mén)測(cè)速度的基本原理是利用遮光板通過(guò)光電門(mén)很短的時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度。如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt1，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt2，已知遮光板的寬度為d，可以求出滑塊通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)和第二個(gè)光電門(mén)的速度大小分別為v1＝和v2＝。
例3 用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器能更精確地測(cè)量物體的瞬時(shí)速度。如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)，配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了遮光條通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt1＝0.29 s，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt2＝0.11 s，已知遮光條的寬度為3.0 cm，則滑塊通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的速度為_(kāi)_______ m/s，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的速度為_(kāi)_______ m/s(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。
聽(tīng)課筆記_____________________________________________________________
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第4節(jié)　實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的速度
探究一
例1 (1)A　B　C　(2)0.1　0.135　0.180
解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔相同，若紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距是相等的，若紙帶做加速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距越來(lái)越大。若紙帶做減速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距越來(lái)越小。所以紙帶A勻速通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶B是越來(lái)越快，紙帶C先加速后減速。
(2)因?yàn)殡娫搭l率為50 Hz，所以打點(diǎn)周期為0.02 s，則兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)的速度可用0、2計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度表示，則有v1＝＝0.135 m/s，通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“3”時(shí)的速度可用2、4計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度表示，則有v3＝＝0.180 m/s。
例2 見(jiàn)解析
解析　由題意知，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt＝0.1 s，則由平均速度表示瞬時(shí)速度有
v1＝＝＝0.20 m/s
v2＝＝＝0.40 m/s
v3＝＝＝0.61 m/s
v4＝＝＝0.69 m/s
v5＝＝＝0.70 m/s
以0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度。根據(jù)前面計(jì)算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后連線得到v－t圖像如圖所示。
探究二
例3 0.10　0.27
解析　由于滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)遮光條的擋光時(shí)間較短，所以滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度可用遮光條擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度表示。經(jīng)過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的速度v1＝＝≈0.10 m/s，經(jīng)過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的速度v2＝＝≈0.27 m/s。(共33張PPT)
第4節(jié)　實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的速度
第一章　描述運(yùn)動(dòng)的基本概念
1.了解計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)，并學(xué)會(huì)安裝。2.知道打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理。3.能通過(guò)紙帶上的點(diǎn)的位置關(guān)系分析物體的運(yùn)動(dòng)。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
目 錄
CONTENTS
典例探究分析
01
課后鞏固訓(xùn)練
02
2
典例探究分析
探究二　用光電門(mén)測(cè)速度
探究一　用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度
探究一　用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>(1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)測(cè)量瞬時(shí)速度。
(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
2.實(shí)驗(yàn)原理
紙帶上某一位置的瞬時(shí)速度，可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移Δx內(nèi)的平均速度表示。
3.實(shí)驗(yàn)器材
小車(chē)、附有滑輪的長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、細(xì)繩、刻度尺、坐標(biāo)紙。
4.實(shí)驗(yàn)操作
(1)安裝實(shí)驗(yàn)器材。把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒(méi)有滑輪的一端，紙帶前端固定在小車(chē)后部，然后穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，小車(chē)前端的細(xì)繩穿過(guò)定滑輪垂下，如圖所示。
(2)使小車(chē)在木板上保持靜止，并靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，開(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開(kāi)關(guān)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定工作后，用手拉動(dòng)細(xì)繩，使小車(chē)沿木板做直線運(yùn)動(dòng)。待小車(chē)運(yùn)動(dòng)約一半距離時(shí)，松開(kāi)手，使小車(chē)依靠慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到左端。紙帶上會(huì)留下一系列點(diǎn)跡，如圖所示。
5.處理數(shù)據(jù)
(1)在紙帶上選取一段點(diǎn)跡清晰并且沒(méi)有重疊的區(qū)間，把第1個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O，而后依次標(biāo)為A、B、C、D……
(2)用刻度尺測(cè)量各點(diǎn)的位置(一般使刻度尺的零刻度線與O點(diǎn)對(duì)齊，即O點(diǎn)的位置記為0)，并記錄在表1中。
表1
計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào) O A B C D E …
計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)x/m
表2
7.誤差分析
(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期不穩(wěn)定。
(2)根據(jù)紙帶測(cè)出的位移存在偶然誤差。
例1 如圖所示的A、B、C三條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)得到的紙帶(紙帶的左端連接小車(chē))，電源頻率為50 Hz。
(1)從點(diǎn)跡的分布情況可以斷定：紙帶________是勻速通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的，紙帶________是越來(lái)越快的，紙帶________是開(kāi)始越來(lái)越快，后來(lái)又越來(lái)越慢的(均選填“A”“B”或“C”)。
(2)圖中紙帶C是舍去前面比較密的點(diǎn)，從0點(diǎn)開(kāi)始，每5個(gè)連續(xù)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)以1，2，3，4，5，那么相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為_(kāi)_____s。各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離如圖所示，則小車(chē)通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)的速度v1＝__________m/s，通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)“3”時(shí)的速度v3＝________m/s(后兩空結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。
解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔相同，若紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距是相等的，若紙帶做加速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距越來(lái)越大。若紙帶做減速運(yùn)動(dòng)，則打出的點(diǎn)間距越來(lái)越小。所以紙帶A勻速通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶B是越來(lái)越快，紙帶C先加速后減速。
答案　(1)A　B　C　(2)0.1　0.135　0.180
例2 如圖所示是一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示。求出打1、2、3、4、5等計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的紙帶的瞬時(shí)速度(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)并畫(huà)出速度—時(shí)間圖像。
以0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度。根據(jù)前面計(jì)算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后連線得到v－t圖像如圖所示。
答案　見(jiàn)解析
探究二　用光電門(mén)測(cè)速度
例3 用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器能更精確地測(cè)量物體的瞬時(shí)速度。如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)，配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了遮光條通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt1＝0.29 s，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt2＝0.11 s，已知遮光條的寬度為3.0 cm，則滑塊通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的速度為_(kāi)_______ m/s，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的速度為_(kāi)_______ m/s(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。
答案　0.10　0.27
課后鞏固訓(xùn)練
2
1.在一次實(shí)驗(yàn)中，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度(所用交變電源的頻率為50 Hz)，得到如圖所示的紙帶。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，下列表述正確的是(　　)
A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開(kāi)紙帶再接通電源
B.實(shí)驗(yàn)中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接接在220 V的交變電源上
C.從紙帶上可求出AC段對(duì)應(yīng)的平均速率
D.相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02 s
C
2.一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率是50 Hz，如圖所示，紙帶上的A點(diǎn)先通過(guò)計(jì)時(shí)器，A、B間歷時(shí)________s，位移為_(kāi)_______m，這段時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度為_(kāi)_______m/s；AD段內(nèi)的平均速度為_(kāi)_______m/s。
答案　0.04　0.028　0.7　0.76
3.在“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用手拖動(dòng)紙帶打點(diǎn)。
(1)本實(shí)驗(yàn)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、墨粉紙盤(pán))外還必須使用的主要儀器有________電源(填“交流”或“直流”)和________。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置安裝完畢，小車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前情景如圖所示，其中的錯(cuò)誤之處是____________，不妥之處是____________________。
答案　(1)交流　刻度尺　(2)使用的是直流電源　小車(chē)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)
解析　(1)本實(shí)驗(yàn)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、墨粉紙盤(pán))外還必須使用的主要儀器有交流電源和刻度尺。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置的錯(cuò)誤之處是使用的是直流電源，不妥之處是小車(chē)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，不能充分利用紙帶。
4.某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)小車(chē)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車(chē)拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況(交流電頻率是50 Hz)，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，下列選項(xiàng)中：
A.時(shí)間間隔 B.位移 C.平均速度 D.瞬時(shí)速度
我們可以從紙帶上直接得到的物理量是______，測(cè)量得到的物理量是________，通過(guò)計(jì)算能得到的物理量是________(填選項(xiàng)前的字母)。
(2)根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，每隔0.1 s測(cè)一次速度，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度，各個(gè)速度值如下表。
vB vC vD vE vF
數(shù)值/(m·s－1) 0.400 0.479 0.560 0.640 0.721
將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫(huà)出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。
答案　(1)A　B　CD　(2)見(jiàn)解析圖
解析　(1)打點(diǎn)紙帶上任意相鄰的點(diǎn)間的時(shí)間間隔與交變電流的周期相同，所以可以從紙帶上直接得到的物理量是A.時(shí)間間隔；利用刻度尺可測(cè)量打點(diǎn)間的距離，即測(cè)量得到的物理量是B.位移；計(jì)算出的有C.平均速度和D.瞬時(shí)速度。
(2)利用得到的各點(diǎn)瞬時(shí)速度進(jìn)行描點(diǎn)連線，不在直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線兩側(cè)，如圖所示。
5.在“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量物體的速度”實(shí)驗(yàn)中：
(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用________(選填“交流”或“直流”)電源的________(選填“計(jì)數(shù)”“計(jì)點(diǎn)”“計(jì)時(shí)”或“計(jì)長(zhǎng)度”)儀器，在實(shí)驗(yàn)室里常用的有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；如圖甲為_(kāi)_______(選填“電磁”或“電火花”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，它的工作電壓是________(選填“220 V”或“6 V”)。
(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)中，有如下基本步驟：
A.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)
B.接通電源
C.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上
D.安好紙帶
E.取下紙帶
F.松開(kāi)物體讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng)
這些步驟正確的排列順序?yàn)開(kāi)_______________。
(3)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源工作，它工作電源的頻率是50 Hz，如果用它測(cè)量速度時(shí)，實(shí)驗(yàn)者不知道工作電源的頻率已變?yōu)?0 Hz，而仍按50 Hz進(jìn)行計(jì)算，這樣算出的速度值與物體速度的真實(shí)值相比________(選填“偏大”或“偏小”)。
(4)物體運(yùn)動(dòng)中獲得一條紙帶，如圖乙所示，其中兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，已知所用電源的頻率為50 Hz，則打O點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度v1＝________m/s，打B點(diǎn)到D點(diǎn)物體的平均速度v2＝________m/s，打C點(diǎn)時(shí)物體運(yùn)動(dòng)的速度更接近于vC＝________m/s(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。
答案　(1)交流　計(jì)時(shí)　電火花　220 V　(2)CDBFAE　(3)偏小　(4)0.375　0.413　0.413
解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)器。圖示為電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，它的工作電壓為220 V。
(2)做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，安裝紙帶，然后接通電源再放開(kāi)紙帶，打點(diǎn)完成后立即關(guān)閉電源，取下紙帶，故步驟的排列順序?yàn)镃DBFAE。
6.某同學(xué)在做打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的電源上，如圖所示為實(shí)驗(yàn)中一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，依次標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F，每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有1個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。
(1)實(shí)驗(yàn)室有兩種電源可供選擇。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)選用工作電壓為_(kāi)_______(填“8 V”或“220 V”)的電源，工作電流為_(kāi)_______(填“直流”或“交流”)。
(2)相鄰兩個(gè)打點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝________ s，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T′＝________ s。
(3)為了使測(cè)量結(jié)果更精確，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移時(shí)應(yīng)______________________(填“測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離”或“分段測(cè)量各段的距離”)。
(4)現(xiàn)測(cè)得xDE＝3.50 cm、xEF＝3.90 cm，則打下D、E點(diǎn)間、E、F點(diǎn)間未畫(huà)出的點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度大小分別為_(kāi)_______ m/s、________ m/s。
答案　(1)8 V　交流　(2)0.02　0.04　(3)測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離　(4)0.875　0.975
解析　(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為低壓交流電源，工作電壓為8 V，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作原理是電流方向周期性變化，導(dǎo)致產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁鐵之間周期性排斥和吸引，從而帶動(dòng)振針運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)，故工作電流為交流。
(3)分段測(cè)量各段距離，即在更換不同的測(cè)量起點(diǎn)，誤差比較大，故測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移時(shí)應(yīng)測(cè)量所有點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離。

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