第一章 第4节 实验： 用打点计时器测量小车的速度（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册（教科版2019）

第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度 [对应学生用书P18] 1．学会安装和使用打点计时器。 2．学会测量、制表及记录数据。 3．能根据实验数据绘制v ­t图像。 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。 　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。 1．安装实验器材。注意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，如下图所示。 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。 小组中的每一位同学都亲自动手拉动小车运动，并打出一条比较清晰的纸带，如下图所示。 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)，并记录在表1中。 表1 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……并记录在表2中。 4．计算各段的平均速度OA、AB、BC、CD、EF、DE……并记录在表2中。 表2 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 … 1．打点前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。 2．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．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，正确的做法是统一测量出各个计数点到起始点O的距离。 5．为减小实验误差，A、B、C、D……不一定是连续的计数点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两相邻计数点的时间间隔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＝。 1．利用平均速度作为计数点的瞬时速度存在系统误差。为了减小误差，应取以计数点为中心的较小位移进行计算。 2．测量各计数点间的位移Δx会带来偶然误差。减小此误差的方法是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．作v­t图像时坐标单位选定不合理，或者作图粗糙也会带来偶然误差。 [对应学生用书P20] 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3位有效数字) (1)在实验中，使用打点计时器时应先__________再__________。(均选填“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 v/ (m·s－1) 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＝－1＝4个点没有标出。 (3)vB＝ m/s＝0.400 m/s vC＝ m/s＝0.479 m/s vD＝ m/s≈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)见解析图 [训练1]　打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量如图所示，纸带在A、C间的平均速度为______ m/s，在A、D间的平均速度为__