第05讲 专题 实验：练习使用打点计时器测量纸带的平均速度和瞬时速度-【暑假培优】2023年新高一物理必修一精讲练（人教版2019）

第05讲 专题 实验：练习使用打点计时器测量纸带的平均速度和瞬时速度 [学习目标] 1． 学会安装和使用打点计时器. 2． 学会测量纸带、制表及记录数据 3． 掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度． 4． 会用平均速度代替瞬时速度 5． 会建立坐标系、描点连线，会用图像描述速度随时间变化的规律． 知识点一、打点计时器的基本原理 1． 打点计时器 1　 作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点． 2　 工作条件 2． 电磁打点计时器：4～6 V的交流电源． 3． 电火花计时器：220 V的交流电源． 4． 气垫导轨：导轨小孔中喷出的气体使滑块处于悬浮状态，减小滑块与导轨间的摩擦阻力． 5． 计时点和计数点的比较 1　 计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；计数点是人们根据需要按一定的个数选择的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择的个数而定，如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点，时间间隔都是0.1 s. 2　 纸带上相邻的两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计数点越稀疏． 知识点二、测量平均速度和瞬时速度 1． 实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、8 V交变电源(电火花计时器使用220 V交变电源)、复写纸(或墨粉纸盘)、导线若干、刻度尺、纸带、坐标纸． 2． 实验步骤 1　 使用打点计时器获得3～5条纸带． 2　 选择一条点迹清晰便于分析的纸带，测出纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间Δt. 3　 用刻度尺测量第1个点到第n个点间的位移Δx. 3． 数据处理 1　 测量纸带的平均速度 若电源频率为50 Hz，则从打第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 a. 选取一条点迹清晰便于分析的纸带． b. 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3所示． c. 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、x4＝s4－s3、…确定出OA、AB、BC、CD、…之间的位移x1、x2、x3、x4、…. d. 运动物体在A、B、C、D、…各点的瞬时速度分别为vA＝、vB＝、vC＝、vD＝、…. 建立平面直角坐标系，如图，根据测量数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到物体运动的v－t图像． 4． 注意事项 1　 先接通电源再拉动纸带，手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集． 2　 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. 3　 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． 4　 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． 5　 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O之间的距离． 6　 为减小实验误差，1,2,3,4…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. 7　 如果电源频率为50 Hz，在纸带上数出了n个点，那么它们的间隔数是(n－1)个，它们的时间间隔为(n－1)×0.02 s. 8　 计算某计数点的瞬时速度时，一般地Δx、Δt应取该计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，vn＝. 知识点三、利用传感器与计算机测速度 如图是利用位移传感器测量速度的示意图，这个系统由A、B两个小盒子组成．将红外线、超声波发射器A固定在小车上，接收传感器B固定在某一位置并调整其高度与A等高，使小车上发射器A对着接收传感器B，并使A和B处在同一水平线上． 从B接收到红外线脉冲开始计时，接收到超声波脉冲时停止计时，根据两者的时间差和空气中的声速，计算机自动计算出A与B的距离． 设小车到达两个位置时的位移差为Δx，时间差为Δt，则小车的速度v＝. 知识点一：打点计时器的使用　平均速度的测量 【探究重点】 1． 先启动电源，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． 2． 利用公式v＝计算纸带上各相邻计数点间的平均速度． 【例题精讲】 1. （2021·河北·迁西县职业技术教育中心高一阶段练习）使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下步骤： A．按下脉冲开关，进行打点