1.4 实验：用打点计时器测量小车的速度（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修1（教科版）

4　实验：用打点计时器测量小车的速度 [实验目的] 通过打点计时器测量小车的速度。 [实验原理] 纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地用包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。 如图所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝。 [实验器材] 小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、刻度尺、坐标纸。 [实验步骤] 1．按图1安装实验器材，把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一边，纸带前端固定在小车后部，然后穿过打点计时器，小车前端的细绳穿过定滑轮垂下。打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接4～6 V低压交流电源，电火花打点计时器接220 V交流电源)。 图1 2．使小车在木板上保持静止，并靠近打点计时器，开启打点计时器的电源开关。打点计时器稳定工作后，用手拉动细绳，使小车沿木板做直线运动。待小车运动约一半距离时，松开手，使小车依靠惯性继续运动，直到左端。纸带上会留下一系列点迹，如图2所示。 图2 [数据处理] 1．在纸带上选取一段点迹清晰并且没有重叠的区间，把第1个点标为O，而后依次标为A、B、C、D…… 2．用刻度尺测量各点的位置(一般使刻度尺的零刻度线与O点对齐，即O点的位置记为0)，记录在下表中。 计数点序号 O A B C D E … 计数点对应的时刻/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 计数点对应的位置坐标x/m 3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE……并记录在下表中。 4．根据平均速度DE……并记录在下表中。CD、BC、AB、OA、，计算各段的平均速度＝ 相邻计时点间的位移Δx/m xOA xAB xBC xCD xDE xEF … 相邻计时点间的平均速度v/(m·s－1) OA AB BC CD DE EF … 5.绘制v－t图像 把相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(例如把OA当作vO)，在如图所示的坐标纸上绘制v－t图像。 [注意事项] 1．打点前，应使小车停在靠近打点计时器的位置。 2．打点时，应先开启电源，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，即统一测量出各个计数点到起始点之间的距离。 5．为减小实验误差，A、B、C、D…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T＝0.1 s。 6．计算某计数点的瞬时速度时，一般情况下，Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝。 题型一　基本实验操作与数据处理 [典例1]　某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，电源频率为50 Hz，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s。(本题计算结果均保留三位有效数字) (1)在实验中，使用打点计时器时应先________再________(选填“释放纸带”或“接通电源”)。 (2)每两个计数点间还有________个点没有标出。 (3)试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.1 s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表。 vB vC vD vE vF 数值(m/s) 0.640 0.721 (4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在下图直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 [解析]　(1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带。 (2)每两个计数点间还有n＝－1＝4个点没有标出。－1＝ (3)vB＝＝0.400 m/s。 vC＝＝0.479 m/s。 vD＝≈0.560 m/s。 (4)图线如图所示： [答案]　(1)接通电源　释放纸带　(2)4 (3)0.400　0.479　0.560　(4)图见解析 题型二　实验创新设计 [典例2]　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_______