【物理】2019届一轮复习人教版练习使用打点计时器学案

【物理】2019届一轮复习人教版练习使用打点计时器学案

第四讲 练习使用打点计时器 精讲精练 物理核心素养 ‎（一）物理观念 ‎1. 了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会使用打点计时器。‎ ‎2. 通过实例学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度。‎ ‎3. 通过实例学会用打点计时器测量瞬时速度。‎ ‎4. 学会用图象表示速度变化规律的方法，理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。‎ ‎（二）科学思维、科学探究 ‎1．通过学生自己看打点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力。‎ ‎2．通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来。培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。‎ ‎3．通过画速度—时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用。‎ ‎（三）科学态度与责任 ‎1. 体验实验中理性思维的重要，既要动手，又要动脑。‎ ‎2. 感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于实际生活的意识。‎ ‎3. 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秘。‎ 学习重点：‎ ‎1. 学会使用打点计时器。‎ ‎2. 能根据纸带计算物体运动的瞬时速度。‎ ‎3. 会用描点法描绘物体的速度—时间图象，并从中获取物理信息。‎ 学习难点：处理纸带的方法，用描点法画图象的能力 知识点梳理：‎ 一、实验目的 ‎1.了解打点计时器的结构、原理及使用方法 ‎2.学会用打点计时器测量物体的速度 ‎3.能利用v－t图象分析实验数据，描述物体的运动。‎ 二、实验原理 ‎1.两种打点计时器的比较 电磁打点计时器 电火花计时器 结构示意图 打点原理 电磁作用下振针上下周期性振动打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点 工作电压 ‎6 V以下交流电源 ‎220 V交流电源 打点周期 ‎0.02 s ‎0.02 s 阻力来源 纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦 纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小 功能 功能相同，都是计时仪器 ‎2.测平均速度、瞬时速度的原理 用跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录物体的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移Δx。打两个点的时间间隔为Δt，则＝，当Δt很短时，认为为t时刻的瞬时速度。‎ 三、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。‎ 四、实验过程 ‎1.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上接线柱接到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。随后关闭电源。‎ ‎(4)重复步骤(2)、(3)，获得3～5条纸带。‎ ‎(5)选择一条点迹清晰便于分析的纸带，舍去前面密集的点，找一清晰的点作为第1个点，往后数n个点，n个点之间的间隔数为(n－1)，纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间Δt＝0.02(n－1) s。‎ ‎ (6)用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的距离Δx。‎ ‎2.数据处理 ‎(1)计算纸带的平均速度：从打第1个点到打第n个点，纸带的运动时间为Δt＝0.02(n－1)s，纸带的位移为Δx，纸带的平均速度v＝。把测量和计算的结果填入表中。‎ ‎　　 记录项 实验次数　　‎ 点数n 点划分出的间 隔数n－1‎ 运动时间 Δt/s 位移 Δx/m 平均速度 v/(m·s－1)‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎(2)用打点计时器测量瞬时速度 ‎①选取一条点迹清晰便于分析的纸带。‎ ‎②从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s。在纸带上用O、A、B、C、D…标出这些“计数点”，如图所示。‎ 用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD…的距离是s1、s2、s3、s4…，再利用x1＝s1、x2＝s2－s1、x3＝s3－s2…确定出OA、AB、BC、CD…之间的距离x1、x2、x3、x4…‎ ‎③A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为 vA＝、vB＝、vC＝、vD＝…‎ ‎(3)用v－t图象描述物体的运动 ‎①以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。‎ ‎②根据不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。‎ ‎③用平滑曲线把这些点连接起来，即得到v－t图象。‎ 五、误差分析 ‎1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。‎ ‎2.测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。‎ ‎3.计数点间的时间Δt搞错。几个计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02 s。而非Δt＝n×0.02 s。‎ ‎4.作v－t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。‎ 六、注意事项 ‎1.实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。‎ ‎2.使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。‎ ‎3.手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。‎ ‎4.使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。‎ ‎5.使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。‎ ‎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。‎ 核心突破：实验原理和实验操作 ‎[例1]打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处。‎ A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上。‎ B.把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过________，并压在________下面。‎ C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx。‎ D.切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝________。‎ E.打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点。‎ F.利用公式v＝计算纸带运动的平均速度。‎ 实验步骤的合理顺序是________。‎ 解析　A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D项中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02 s。合理的实验步骤为BAEDCF。‎ 答案　交流　限位孔　复写纸　(n－1)×0.02 s　BAEDCF 要点二　纸带的处理 ‎[例2] 打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺进行测量，如图1所示，则纸带在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。‎ 图1‎ 思路指导　解答本题可按照下列思路进行：‎ AC＝ 解析　A、C间的位移ΔxAC＝‎1.40 cm，A、C间的时间间隔ΔtAC＝0.04 s，所以A、C间的平均速度vAC＝＝‎0.35 m/s。A、D间的位移ΔxAD＝‎2.50 cm，A、D间的时间间隔ΔtAD＝0.06 s，所以A、D间的平均速度vAD＝≈‎0.42 m/s。A、C两点比A、D两点更接近B点，所以B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度‎0.35 m/s。‎ 答案　0.35　0.42　0.35‎ 方法总结 用＝近似代替瞬时速度的条件是Δt足够小，因此利用它求某一点的瞬时速度时，应尽可能靠近该点取数据，这样求出的数值才可能更接近该点的瞬时速度。‎ 要点三　数据的处理、v－t图象 ‎[例3] 如图2所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6…现在量得0、1间的距离x1＝‎5.18 cm，1、2间的距离x2＝‎4.40 cm，2、3间的距离x3＝‎3.62 cm，3、4间的距离x4＝‎2.78 cm，4、5间的距离x5＝‎2.00 cm，5、6间的距离x6＝‎1.22 cm(频率为50 Hz)。‎ 图2‎ ‎(1)根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度(保留两位小数)并填在下表中。‎ 位置 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ v/(m·s－1)‎ ‎(2)根据(1)中表格，在图3中画出小车的速度图象。‎ 图3‎ 解析　(1)某点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度表示 打1点时：v1＝≈‎1.20 m/s，‎ 打2点时：v2＝≈‎1.00 m/s，‎ 打3点时：v3＝≈‎0.80 m/s，‎ 打4点时：v4＝≈‎0.60 m/s，‎ 打5点时：v5＝≈‎0.40 m/s，‎ 将数值填入表格中 位置 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ v/(m·s－1)‎ ‎1.20‎ ‎1.00‎ ‎0.80‎ ‎0.60‎ ‎0.40‎ ‎(2)描点并连线得小车的速度－时间图象。‎ 方法总结 1. 注意两种打点计时器都是使用的交流电源，电磁打点计时器电压为4-6V的交流电，电火花计时器为220V的交流电。‎ 2. 学会利用纸带求平均速度和瞬时速度的方法。‎ 3. 注意打出的原始的点和计数点的区别。‎ 4. 学会绘制速度时间图像，点大致在一条直线上的用直线拟合。‎ 不能用折线。要延长一下，交到坐标轴上。图像不一定过原点。‎