1.4 实验：用打点计时器测量小车的速度 讲义-2025-2026学年高一上学期物理教科版必修第一册

1.4实验：用打点计时器测量小车的速度 梯度分层 基础巩固：课堂衔接，回归教材，夯实根本 拔高提升：进阶训练，聚焦核心，提炼重难 思维拓展：情景构建，素养提升，高阶训练 基础巩固 1 一、两种打点计时器 1.电磁打点计时器 （1）使用低压交流电源的计时仪器，工作电压约  。 （2）电源频率50Hz时，每隔  打一个点。 （3）通过振针周期性上下振动打点，结构含 、振针、永久磁铁等。 2.电火花计时器 （1）利用火花放电打点，使用  交流电源。 （2）电源频率50Hz时，每隔   打一次点。 （3）墨粉纸盘套在纸盘轴上，夹在两纸带间，通过脉冲电流产生火花。 3.两者比较 （1）工作电压不同：电磁打点计时器 6V 交流电，电火花计时器 220V 交流电。 （2）打点方式不同：前者靠 振动，后者靠 放电。 （3）打点周期相同：均为0.02s（由电源频率决定）。 （4）记录信息相同：均记录位置、时刻、位移和时间。 二、打点计时器的使用 1.基本步骤 （1）固定计时器，安装纸带。 （2）接通电源，待稳定后拉动纸带，随后 。 （3）选取 点迹，数点计算时间，测量位移。 2.测量小车速度的实验 （1）实验设计：小车拉动纸带，通过点迹测位置和位移，计算速度。 （2）实验器材：计时器、纸带、 、导线、轨道、电源等。 （3）实验步骤：固定装置，连接电路，拴绳穿 ，操作小车运动，更换纸带。 （4）数据处理：标记计数点，测量位置，记录时刻和坐标。 三、v-t 图像绘制 1.方法：横轴为 ，纵轴为 ，用相邻点平均速度表示瞬时速度绘图。 2.意义：反映速度随时间变化，非运动轨迹。 四、注意事项 1.实验前固定计时器，试拉纸带无阻滞。 2.先通电待 再拉纸带，拉动速度适中防点迹密集。 3.正确安装纸带：电火花计时器墨粉纸盘在 ，电磁打点计时器纸带压在 下。 4.调整振针高度（电磁式），避免长时间工作，测量纸带一次完成并估读。 拔高提升 2 一、单选题 1．下列说法正确的是( ) A.打点计时器是一种直接测量速度的仪器 B.做直线运动的物体选用另一参考系后轨迹可能为曲线 C.同一运动过程中位移的大小可能大于路程 D.质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入这个概念没有多大意义 2．使用电火花计时器做“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验，下列说法正确的是( ) A.电源应选择220V直流电 B.电源应选择6～8V交流电 C.小车可从木板上任意位置释放 D.打点完毕，应先断开电源后取下纸带 3．关于电磁打点计时器的使用，下列说法正确的是( ) A.电磁打点计时器使用的是10 V以下的直流电源 B.在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源 C.使用的电源电压越高，打点的时间间隔就越大 D.纸带上打的点越密，说明物体运动越慢 4．打点计时器所用的电源是50Hz的交流电源，纸带上相邻两点间的时间间隔是T，若纸带上共打出N个点，纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是( ) A.， B.， C.， D.， 5．如图是测量打点纸带位移的部分照片（交流电源的频率50Hz）。根据照片可知( ) A.计数点2的读数应记录为9.00cm B.计数点2的读数应记录为9cm C.计数点1和2之间的位移是5.1cm D.相邻计数点间的时间间隔是0.02s 6．甲、乙两图是高中阶段常用的两种打点计时器，下列说法正确的是( ) A.甲图使用8V直流电源；乙图使用220V交流电源 B.由于打点不清晰，需要把振针调低，此时振针可以看成质点 C.利用纸带来记录时间和位置变化时，纸带可以看成质点 D.打点周期为0.02s，指的是时间间隔 7．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。滑块在牵引力作用下通过光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门的时间为，已知遮光条的宽度为3cm，则滑块通过光电门的速度大小为( ) A.3cm/s B.1cm/s C.10cm/s D.0.3cm/s 8．如图所示，图甲是电磁打点计时器的示意图，图乙是该打点计时器在某次实验中打出的纸带，(电源频率为50Hz)则以下说法中正确的是( ) A.将该打点计时器接在8V的直流电源上，它将在纸带上每隔0.02s打一个点 B.当打点计时器正常工作时，纸带上点迹越疏的地方表示纸带的运动速度越小 C.若纸带上打出两点的时间间隔为，两点间距离为，则可以大致表示纸带上之间任何一点的瞬时速度 D.两点间距离过小，测量误差会增大，所以实际测量中D、F之间的距离越大越好 9．下列关于电磁打点计时器和电火花打点计时器的有关说法不正确的是( ) A.图甲表示电磁打点计时器，图乙表示电火花打点计时器 B.电磁打点计时器使用220V交流电，电火花打点计时器使用约8V的交流电 C.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 D.电火花打点计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小 二、实验题 10．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到的记录纸带如图所示。 （1）电火花计时器应接在频率为50Hz的_______电源上（填“直流”或“交流”），工作电压为_______V。 （2）图中的点为计数点，在每两个相邻的计数点间还有4个点没有画出，则从打下A点到打下E点共历时_______s，打下C点时小车的瞬时速度为_______m/s。 （3）纸带的_______端（选填“左”或“右”）与小车相连做_______运动（选填“减速”或“加速”）。 思维拓展 3 11．图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的实验仪器，请回答下面的问题: （1）图___________（填“甲”或“乙”）是电磁打点计时器，电源采用的是___________（填“交流约8V”“交流220V”或“四节干电池”）。 （2）某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，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，相邻点间的距离如图丙所示，每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，电源频率为50Hz。则在打下C点时小车的速度大小为___________m/s（保留三位有效数字），小车运动的加速度大小为___________（保留两位有效数字）。 12．如图1所示是电火花计时器的示意图。 （1）电火花计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用_______（选填“交流”或“直流”）电源，当电源的频率是50Hz时，每隔_________s打一次点，其工作时的基本步骤如下： A.当纸带完全通过电火花计时器后，立即关闭电源 B.将电火花计时器电源插头插入相应的电源插座 C.将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器 D.接通开关，听到放电声后拖动纸带运动 上述步骤正确的顺序是_________。（按顺序填写步骤编号） （2）如图2是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出两点间距_________cm，AD段的平均速度是_______m/s。 13．学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动。 (1)关于本实验，下列说法正确的是______。 A.释放小车时，小车应靠近打点计时器 B.实验时，先释放小车，再接通电源 C.纸带上打的点越密集，说明小车的速度越大 (2)根据已按正确操作打出的点迹清晰的纸带，测量小车的速度大小时，还需要的仪器是________。 (3)某次实验得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，在纸带上依次的7个计时点分别为O、A、B、C、D、E和F。若实验所用打点计时器打点的周期为T，则打点计时器打下C点时小车的速度大小________（用T、、表示）；小车的加速度大小a=________（用T、、、、、、表示）。 参考答案与解析 【基础巩固】 1、 两种打点计时器 1.电磁打点计时器 （1）使用低压交流电源的计时仪器，工作电压约 6V。 （2）电源频率50Hz时，每隔 0.02s 打一个点。 （3）通过振针周期性上下振动打点，结构含限位孔、振针、永久磁铁等。 2.电火花计时器 （1）利用火花放电打点，使用 220V 交流电源。 （2）电源频率50Hz时，每隔 0.02s 打一次点。 （3）墨粉纸盘套在纸盘轴上，夹在两纸带间，通过脉冲电流产生火花。 3.两者比较 （1）工作电压不同：电磁打点计时器 6V 交流电，电火花计时器 220V 交流电。 （2）打点方式不同：前者靠振针振动，后者靠火花放电。 （3）打点周期相同：均为0.02s（由电源频率决定）。 （4）记录信息相同：均记录位置、时刻、位移和时间。 二、打点计时器的使用 1.基本步骤 （1）固定计时器，安装纸带。 （2）接通电源，待稳定后拉动纸带，随后关闭电源。 （3）选取清晰点迹，数点计算时间，测量位移。 2.测量小车速度的实验 （1）实验设计：小车拉动纸带，通过点迹测位置和位移，计算速度。 （2）实验器材：计时器、纸带、刻度尺、导线、轨道、电源等。 （3）实验步骤：固定装置，连接电路，拴绳穿纸带，操作小车运动，更换纸带。 （4）数据处理：标记计数点，测量位置，记录时刻和坐标。 三、v-t 图像绘制 1.方法：横轴为时间，纵轴为速度，用相邻点平均速度表示瞬时速度绘图。 2.意义：反映速度随时间变化，非运动轨迹。 四、注意事项 1.实验前固定计时器，试拉纸带无阻滞。 2.先通电待稳定再拉纸带，拉动速度适中防点迹密集。 3.正确安装纸带：电火花计时器墨粉纸盘在上方，电磁打点计时器纸带压在复写纸下。 4.调整振针高度（电磁式），避免长时间工作，测量纸带一次完成并估读。 【练习】 1．答案：B 解析：A.打点计时器是一种通过所打点数来计时的工具，不能直接测量速度，故A错误； B.选择不同的参考系物体的运动情况不一样，做直线运动的物体选用另一参考系后轨迹可能为曲线，故B正确； C.位移的大小为两点之间直线的长度，路程为物体实际运动轨迹的长度，所以同一运动过程中位移的大小小于等于路程，故C错误； D.质点是一个理想化模型，实际上并不存在，引入质点这个概念便于我们研究问题，故D错误。 故选B。 2．答案：D 解析：AB.电火花计时器使用的是220V的交流电，故AB错误； C.为了节省纸带以及获取更多的数据点，小车要从靠近打点计时器的地方释放，故C错误； D.由于打点计时器是一个间歇性使用的仪器，不能长时间工作，因此打点完毕，应先断开电源后取下纸带，故D正确。 故选D。 3．答案：D 解析：电磁打点计时器使用的是约8 V的交变电源，故A错误。实验时应先接通电源，后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处理和减小误差，故B错误。打点的时间间隔取决于交变电源的频率，与电源电压无关，故C错误。纸带上打的点越密，说明相等的时间间隔位移越小，即物体运动越慢，故D正确。故选D。 4．答案：B 解析：当电源的频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点，所以，纸带上打出N个点，有个时间间隔，所以 故ACD错误；B正确。 故选B。 5．答案：A 解析：AB.刻度尺的分度值为1mm，计数点2的读数应记录为9.00cm，A正确，B错误； C.计数点1和2之间的位移是 C错误； D.相邻计数点间的时间间隔是 D错误。 故选A。 6．答案：D 解析：A.甲图是电磁打点计时器，使用8V交流电源；乙图是电火花计时器，使用220V交流电源，选项A错误； B.由于打点不清晰，需要把振针调低，此时振针大小形状不能忽略，不可以看成质点，选项B错误； C.利用纸带来记录时间和位置变化时，纸带大小不能忽略，不可以看成质点，选项C错误； D.打点周期为0.02s，指的是时间间隔，选项D正确。 故选D。 7．答案：C 解析：由于遮光条通过光电门的时间很小，可认为遮光过程的平均速度等于滑块通过光电门的速度，则有故选C。 8．答案：C 解析：将该打点计时器接在8V的交变电源上，它将在纸带上每隔0.02s打一个点，选项A错误；当打点计时器正常工作时，纸带上点迹越疏的地方表示纸带的运动速度越大，选项B错误；若纸带上打出两点的时间间隔为Δt，两点间距离为，则可以大致表示纸带上之间任何一点的瞬时速度，选项C正确；两点间距离越小，测量误差会变大，但实际测量中之间的距离并非越大越好，适当增大最好，选项D错误。 9．答案：B 解析：A.图甲表示电磁打点计时器，图乙表示电火花打点计时器，故A正确； B.电磁打点计时器使用8V交流电，电火花打点计时器使用约220V的交流电，故B错误； C.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样，故C正确； D.电火花打点计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，故D正确。 本题选错误的，故选B。 10．答案：（1）交流；220（2）0.4；0.51（3）左；加速 解析：（1）电火花计时器应接在交流电源上，工作电压为220V。 （2）在每两个相邻的计数点间还有4个点没有画出，则相邻计数点间的时间间隔为 从打下A点到打下E点共历时为 C点时小车的瞬时速度为 （3）因为小车做加速运动，相等时间内的位移越来越大，可知纸带的左端与小车相连。 11．答案：（1）甲；交流约8V（2）0.479；0.80 解析：（1）根据图甲和图乙可知，甲是电磁打点计时器，电源采用的是交流约8V； （2）因为电源的频率为50Hz，且每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，则，在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，则，根据逐差法可得小车的加速度为。 12．答案：（1）交流；0.02；CBDA（2）2.70；0.09 解析：（1）电火花计时器是使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点； 实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，即先安装打点计时器，再安装纸带，先接通开关再拖动纸带，打完后要立即关闭电源，故步骤为CBDA。 （2）由题图2可以得出A、D两点间的距离为2.70cm。则平均速度为 13．答案：(1)A (2)刻度尺 (3)； 解析：（1）A.为了避免纸带上出现大量的空白段落，实验中释放小车时，小车应靠近打点计时器，故A正确； B.为了避免纸带上出现大量的空白段落，实验时，应先接通电源，待打点稳定后，再释放小车，故B错误； C.由于打点周期一定，所以纸带上打的点越密集，纸带的速度越小，即小车的速度越小，故C错误。 故选A。 （2）匀变速直线运动全程平均速度等于中间时刻的瞬时速度，根据 可知，需要测量计数点之间的间距，即测量小车的速度大小时，还需要的仪器是刻度尺。 （3）匀变速直线运动全程平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打点计时器打下C点时小车的速度大小 根据逐差法可知，小车的加速度大小 学科网（北京）股份有限公司 $