第一章 第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第4节　实验：用打点计时器测量小车的速度 一、实验目的 1．通过打点计时器测量小车的速度。 2．能利用v-t图像分析实验数据，描述物体的运动。 二、实验设计 使小车拉动纸带运动，用打点计时器按相同的时间间隔在纸带上打出一系列点迹，这些点迹对应着各个时刻小车的位置。通过测量各个时刻小车的位置，算出相邻时刻间的位移，我们就可以算出小车的速度了。 三、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。 四、实验操作 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 五、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＝，计算各段的平均速度OA、AB、BC、CD、EF、DE……并记录在下表中。 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。 六、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＝。 　实验原理与操作 　在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中： (1)(多选)从下列给出的器材中选出实验中所需的，并将它们填在横线上： A．电磁打点计时器 B．天平 C．低压交流电源 D．低压直流电源 E．细绳和纸带 F．钩码和小车 G．停表 H．一端有滑轮的长木板 I．刻度尺 选出的器材有________； (2)某同学按照以下步骤进行操作： A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带； B．将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源； C．把小车停在靠近打点计时器的地方，先放开小车，再接通电源； D．断开电源，取下纸带； E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上钩码； F．把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器。 以上步骤有错误的是________，错误步骤修改正确后，合理的顺序是________。(填步骤前的字母) 解析：(1)在本实验中，不需要测量小车或砝码的质量，因此不需要天平，打点计时器使用的是交流电源，因此不需要直流电源，同时打点计时器记录了小车运动时间，因此不需要停表。测量点迹间的距离需要刻度尺，所以需要的器材是ACEFHI。 (2)步骤有错误的是C，应先接通电源，再释放小车。根据先组装器材再进行实验最后进行数据处理的顺序可知，操作步骤顺序为BFECDA或BEFCDA。 答案：(1)ACEFHI　(2)C　BFECDA或BEFCDA [针对训练] 1．(1)如图所示，你的左手拿一块表，右手拿一支彩色画笔。你的同伴牵动一条宽约1 cm的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动。每隔1 s你用画笔在纸带上点一个点。你还可以练习在1 s内均匀地点上两个点。这样，就做成了一台简单的“打点计时器”。由实验可知，纸带速度越大，相邻两点的