打点计时器的原理及使用、光电门测量速度 讲义-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理讲义通过表格对比和分点梳理构建打点计时器与光电门测量速度的知识体系，将仪器分类、工作原理、操作步骤等核心知识点系统呈现，突出时间间隔确定、瞬时速度计算等重难点，清晰展现实验原理与数据处理的内在联系。 讲义亮点在于结合多地阶段检测题设计例题与变式训练，涵盖仪器辨析、操作判断、纸带计算等题型，通过极限思想阐释光电门测速原理，培养科学思维与科学探究素养。基础题帮助学生掌握实验规范，综合题提升数据处理能力，为教师实施分层教学和学生自主复习提供精准支持。

打点计时器的原理及使用、光电门测量速度讲义 打点计时器的原理及使用、光电门测量速度讲义 考点目录 打点计时器的原理及使用 光电门测量速度 考点一 打点计时器的原理及使用 【知识点解析】 一、核心知识点 1. 仪器分类与工作原理 · 打点计时器是记录运动物体时间与位移的计时工具，通过在纸带上打点实现时间与位移的同步记录，分为电磁打点计时器和电火花打点计时器两类。 · 电磁打点计时器 · 工作电源：4~6V低压交流电源； · 原理：利用电磁感应带动振针周期性上下振动，通过复写纸在运动的纸带上打出点迹； · 特点：振针与纸带存在摩擦，实验误差相对较大。 · 电火花打点计时器 · 工作电源：220V家用交流电源； · 原理：利用脉冲火花放电，使墨粉在纸带上留下点迹； · 特点：无振针摩擦，纸带运动阻力小，实验精度更高。 · 共同核心参数：我国市电频率为50Hz，因此打点周期固定为，即每隔0.02s打下一个点。 1. 标准实验操作步骤 · ① 安装器材：将打点计时器固定在长木板一端，纸带穿过限位孔，复写纸（墨粉纸盘）套在定位轴上，纸带一端连接小车/滑块； ② 启动打点：先接通电源，待打点稳定后，再释放小车，使纸带随小车同步运动； ③ 结束操作：实验完成后立即关闭电源，取下纸带。 1. 纸带数据处理 · 时间间隔确定：相邻两个原始打点的时间间隔为0.02s；若每5个点取一个计数点，则相邻计数点的时间间隔。 · 瞬时速度计算： · 其中、为该点相邻的两段位移。 1. 核心注意事项 · 必须先通电后释放小车，保证纸带开头有足够清晰的点迹； · 纸带保持平直，减小与限位孔的摩擦； · 选取点迹清晰的纸带，舍弃开头过于密集的点迹； · 小车运动方向与纸带平行，避免纸带偏移磨损。 二、解题思路 1. 仪器辨析题：根据电源类型、电压数值、打点方式区分两种计时器，判断描述正误。 1. 操作判断题：围绕“先通电后释放”的核心顺序，判断实验步骤的对错。 1. 纸带计算题 ① 先明确计数点的时间间隔，区分“原始打点间隔”与“计数点间隔”； ② 求瞬时速度用相邻两段位移的平均速度替代； 【例题分析】 例1．（25-26高一上·青海西宁·阶段检测）以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤，下列步骤中正确的是（    ） A．固定打点计时器，将纸带穿过限位孔，并压在墨粉纸盘下方 B．把打点计时器的两个接线柱分别接上导线，与220v交流电源相连 C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算 D．用刻度尺测量纸带上两点间距离时，应移动刻度尺分别测量每段长度 【答案】C 【详解】A．电磁打点计时器使用复写纸而非墨粉纸盘，且纸带应穿过限位孔并置于复写纸下方，而非压住墨粉纸盘，故A错误； B．电磁打点计时器需接低压交流电源（如4-8V），而220V是电火花打点计时器的电源电压，故B错误； C．实验中需舍去纸带上过于密集或模糊的点迹，选用点迹清晰、间隔均匀的部分进行测量和计算，故C正确； D．测量纸带时应将刻度尺固定，一次性读取各点间距，避免移动刻度尺导致误差累积，故D错误。 故选C。 例2．（25-26高一上·江苏苏州·阶段检测）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，正确的排列顺序为（　　） ①把电火花计时器固定在桌子上    ②安装好纸带 ③松开纸带让物体带着纸带运动    ④接通220V的交流电源 ⑤按下脉冲输出开关，进行打点    ⑥及时断电，然后取下纸带 A．①②④⑤③⑥ B．①④⑤②③⑥ C．①②③④⑤⑥ D．②①④⑤③⑥ 【答案】A 【详解】实验步骤正确的排列顺序为：把电火花计时器固定在桌子上，装好纸带，接通220V的交流电源，按下脉冲输出开关，进行打点，松开纸带让物体带着纸带运动，及时断电，然后取下纸带。即为①②④⑤③⑥。 故选A。 例3．（25-26高一上·河北石家庄·阶段检测）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是（      ） A．小车释放前，应停在靠近打点计时器的位置上 B．实验时，需要用秒表测量小车运动的时间 C．实验时，应先接通电源后释放小车 D．测量时，必须以纸带上打出的第一个点作为计时起点 【答案】AC 【详解】A．小车释放前，应使小车停在靠近打点计时器的位置，保证打出足够多的点，A正确； B．实验时，不需要用秒表测量小车运动的时间，数点就可以知道运动时间，B错误； C．实验时，应先接通电源，待打点稳定后再释放小车，C正确； D．测量时，应从点迹清晰的位置开始取点，作为第一个计时点，D错误。 故选AC。 例4．（25-26高一上·贵州毕节·期中）根据所学知识填空： (1)在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是__________（直流电，交流电），它们是每隔__________s打一个点。 (2)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 【答案】(1) 交流电 0.02 (2)A 【详解】（1）[1][2]常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电，它们是打点时间间隔为 （2）接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是先接通电源，后让纸带运动。故选A。 例5．（25-26高一上·黑龙江哈尔滨·阶段检测）在“练习使用打点计时器”的实验中： (1)（多选）除电磁打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、槽码、导线及开关外，在以下仪器和器材中，必须使用的有__________（填选项代号） A．电压合适的50Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 (2)（多选）实验过程中，下列做法正确的是__________ A．先释放小车，再接通电源，使打点计时器打点 B．先接通电源，使打点计时器打点，再释放小车 C．释放前，将连接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．释放前，将连接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 【答案】(1)AC (2)BD 【详解】（1）使用打点计时器是需要用电压合适的交流电源；处理纸带时需要用刻度尺，而秒表不需要。 故选AC。 （2）AB．实验过程中，要先接通电源，再使小车运动，故A错误，B正确； CD．为充分利用纸带，则应该将连接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，故C错误，D正确。 故选BD。 【变式训练】 变式1．（25-26高一上·江苏宿迁·开学考试）下列关于打点计时器的说法正确的是（　　） A．电磁打点计时器使用低压8V直流电源 B．打点时应先拉动纸带，后接通电源 C．使用电磁打点计时器和电火花打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔均为0.02s D．若每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为0.08s 【答案】C 【详解】A．电磁打点计时器使用低压交流电源，而非直流电源，故A错误； B．打点时应先接通电源，待打点稳定后再拉动纸带，故B错误； C．电磁打点计时器和电火花打点计时器均使用50Hz交流电，相邻两点的时间间隔均为，故C正确； D．每隔4个点取一个计数点，意味着相邻计数点之间有5个时间间隔（如点0到点5），总时间为，而非0.08s，故D错误。 故选C。 变式2．（24-25高一上·黑龙江·期末）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 【答案】D 【详解】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。 变式3．（25-26高一上·广东佛山·阶段检测）在练习使用打点计时器时，操作正确的是（　　） A．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带 B．在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔排列方向平行 C．使用打点计时器的过程中不需要固定打点计时器| D．每次纸带停止运动后，应先取下纸带再断开电源 【答案】AB 【详解】A．为了提高纸带的利用率，同时为了使打点稳定，使用打点计时器时要先接通电源，后拉动纸带，A正确； B．在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔排列方向平行，B正确； C．使用打点计时器的过程中需要固定打点计时器，C错误； D．每次纸带停止运动后，应先断开电源再取下纸带，D错误。 故选AB。 变式4．（25-26高一上·安徽芜湖·期中）(1)电火花计时器是一种使用___________（选填“交流”或“直流”）电源的__________（选填“计时”或“计位移”）仪器； (2)它的工作电压是___________ V，当电源的频率是50Hz时，它每隔___________ s打一次点； (3)打点时应先___________，后___________，（均选填“接通电源”或“释放小车”）。 【答案】(1) 交流 计时 (2) 220V 0.02 s (3) 接通电源 释放小车 【详解】（1）[1][2]电火花计时器是一种使用交流电源的计时仪器。 （2）[1][2]电火花计时器的工作电压是220V，当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点； （3）[1][2]为了有效利用纸带打点时应先接通电源，后释放小车。 变式5．（25-26高二上·浙江嘉兴·期中）打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)甲打点计时器使用的电源为_____选填“低压交流”或“低压直流”电源。 (2)在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，接通打点计时器电源和让纸带开始运动这两个操作之间的时间顺序关系是 。 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 【答案】(1)低压交流 (2)A 【详解】（1）甲是电磁打点计时器，根据高中物理知识，电磁打点计时器使用的电源为低压交流电源。 （2）在 “测定匀变速直线运动加速度” 的实验中，为了能在纸带上打出足够多的点，便于后续测量和计算，操作顺序应该是先接通电源，后让纸带运动。如果先让纸带运动，再接通电源，纸带开始运动的一段就不会有打点记录，会导致实验数据缺失，影响实验结果，综合可知A选项符合题意。 故选A。 考点二 光电门测量速度 【知识点解析】 一、核心知识点 1. 测量原理 · 利用极限思想：当物体经过光电门时，挡光片挡住红外线的时间极短，可将这段极短时间内的平均速度，近似为物体经过光电门位置的瞬时速度。 核心公式： 其中为挡光片的宽度，为光电门记录的挡光时间。 1. 仪器组成 · 由光电门传感器（红外线发射端+接收端）与数字计时器组成，可直接高精度记录挡光时间，时间精度远高于打点计时器。 1. 常见应用场景 · 单个光电门：测量物体经过某一位置的瞬时速度； · 拓展实验：结合气垫导轨验证牛顿第二定律、验证动能定理等。 1. 误差说明 · 近似性：本质是平均速度，仅当趋近于0时才等于真实瞬时速度；挡光片越窄，测量结果越接近真实瞬时速度； · 主要误差来源：挡光片宽度测量误差、计时器计时误差。 二、解题思路 1. 速度计算：明确挡光片宽度与挡光时间，统一单位后代入公式直接计算。 1. 误差分析：挡光片越宽，越长，平均速度与瞬时速度的偏差越大，误差越大；反之误差越小。 【例题分析】 例1．（25-26高一上·河南·期中）李同学为探究匀变速直线运动的速度与位移的关系，采用了如图所示的实验装置，他将气垫导轨放在水平桌面上，细绳两端分别与托盘和滑块相连，且定滑轮和滑块间的细绳与气垫导轨平行。 (1)用刻度尺测得固定在滑块上的遮光条的宽度为d，接通气源，由静止释放滑块，与光电门连接的数字计时器上显示出遮光条经过光电门的遮光时间为t，则遮光条通过光电门时滑块的速度大小_____________。（用题中给定的物理量符号表示） (2)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是_____________。 A．极限思维法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．理想实验法 (3)若已测得滑块释放时遮光条到光电门的距离为L，滑块的加速度大小为a，则验证匀变速直线运动的速度与位移的关系为_____________。（用题中给定的物理量符号表示） 【答案】(1) (2)A (3) 【详解】（1）遮光条通过光电门时滑块的速度近似等于遮光条在遮光时间内的平均速度，此时滑块的速度大小 （2）在极短时间内的平均速度近似等于该时刻的瞬时速度，采用的方法为极限思维法。 故选A。 （3）根据匀变速直线运动的速度与位移的公式有 其中， 解得 例2．（25-26高一上·重庆大足·期中）“行知”学习小组用如图甲所示的装置探究滑块的瞬时速度。 (1)学习小组的同学用刻度尺测量遮光条的宽度时，刻度尺的示数如图乙所示，则遮光条的宽度_____。 (2)接通气源，由静止释放滑块，数字计时器上显示出遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s，则遮光条通过光电门时滑块的速度大小为_____。（结果保留两位有效数字） (3)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是_____。 A．理想实验法 B．极限思维法 C．控制变量法 【答案】(1) (2)0.30 (3)B 【详解】（1）根据题图乙可知，刻度尺的分度值为，读数时需要估读到分度值的下一位，所以遮光条的宽度。 （2）遮光条通过光电门时滑块的速度近似等于遮光条在遮光时间内的平均速度，此时滑块的速度大小。 （3）在极短时间内的平均速度近似等于该时刻的瞬时速度，采用的方法为极限思维法。 故选B。 例3．（25-26高一上·重庆沙坪坝·阶段检测） (1)在某次光电门测速的实验中，一小铁球在两个光电门的竖直上方静止释放，先后通过同一竖直线上的两光电门。配套的计时器记录了小铁球通过第一个光电门所用时间为，通过第二个光电门所用时间为。已知小铁球的直径为2.0cm，小铁球通过第二个光电门时的速度大小为___________m/s。（保留两位有效数字） (2)利用以上的测速方法本质上测的是小铁球通过光电门的___________（填“平均速度”或“瞬时速度”），为提高实验准确度，应尽可能选用直径更___________（填“小”或“大”）的小铁球。 【答案】(1)0.40 (2) 平均速度 小 【详解】（1）小铁球通过第二个光电门时的速度大小为 （2）[1][2]利用以上的测速方法本质上测的是小铁球通过光电门的平均速度，为提高实验准确度，应尽可能选用直径更小的小铁球。 【变式训练】 变式1．（25-26高一上·河南·阶段检测）某同学用如图所示的气垫导轨和光电门做“测量物体做直线运动的平均速度和瞬时速度”实验。请回答下面的问题： (1)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是（　　）（填选项前字母） A．类比法 B．等效替代法 C．理想实验法 D．极限思维法 (2)已知遮光条的宽度为，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间，则遮光条通过第一个光电门的速度大小为______，遮光条通过第二个光电门的速度大小为________________。（均保留一位有效数字） 【答案】(1)D (2) 0.1 0.2 【详解】（1）在极短时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度，采用的方法为极限思维法，故选D。 （2）[1]遮光条通过第一个光电门的平均速度大小 [2]遮光条通过第二个光电门的平均速度大小 变式2．（25-26高一上·河北唐山·阶段检测）(1)如图所示是电火花计时器的示意图。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。电磁打点计时器的工作电压是______V，电火花计时器的工作电压是______V，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，立即拖动纸带运动 上述步骤正确的顺序是______。（按顺序填写步骤编号） (2)用气垫导轨和光电门能更精确地测量物体的瞬时速度。如图甲所示，含遮光条的滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间，已知遮光条的宽度如图乙AB间距离，则为______cm，则滑块通过该光电门的速度大小为______m/s（计算结果保留两位有效数字）。 【答案】(1) 交流 (2) 【详解】（1）[1][2]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。 [3][4]电磁打点计时器的工作电压是V，电火花计时器的工作电压是V。 [5]实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，故先安装纸带（C）、再接电源（B）、接通电源开关（D）、打点后关闭电源（A），即正确的顺序是CBDA。 （2）[1]由图乙可知，遮光条的宽度为。 [2]滑块通过该光电门的速度大小为 变式3．（25-26高一上·湖南株洲·阶段检测）如图所示，某同学用设计了一个测物体瞬时速度的实验。第一次实验时，该同学在小车上固定挡光片时，使挡光片的前端朝向车头。依次更换四个挡光片，将小车从轨道上同一位置由静止释放，获得了4组实验数据。第二次实验时，他将挡光片倒置，使挡光片的前端朝向车尾，仍将小车从轨道上同一位置由静止释放，又得到了4组实验数据。实验完毕，得到两张表格。请回答下列问题： 表一 不同的挡光片 通过光电门的时间（） 速度（） A 0.15425 0.519 B 0.11209 0.535 C 0.07255 0.551 D 0.03510 0.570 表二 不同的挡光片 通过光电门的时间（） 速度（） A 0.23048 0.349 B 0.17454 0.345 C 0.11562 0.344 D 0.05860 0.342 分析表格中的数据，可知表_________是将挡光片倒置后所得数据；四个挡光片中，最窄的挡光片的宽度_________（结果保留到小数点后第三位）；表中与小车车头到达光电门时的瞬时速度最接近的是_________。 【答案】 一 0.020 0.342 【详解】[1]若挡光片倒装，则碰到光电门的位移变长，速度变大，则通过光电门的时间变短，从表格可知，表一时间较短，因此表一是将挡光片倒置。 [2]根据 可知，挡光片的宽度 对于A，有 对于B，有 对于C，有 对于D， 因此最窄的挡光片为0.020m。 [3]由以上可知，表二是挡光片的前端朝向车头，根据挡光片的宽度越小，使得平均速度越接近瞬时速度，则表中与小车车头到达光电门时的瞬时速度最接近的是。 2 学科网（北京）股份有限公司 $打点计时器的原理及使用、光电门测量速度讲义 打点计时器的原理及使用、光电门测量速度讲义 考点目录 打点计时器的原理及使用 光电门测量速度 考点一 打点计时器的原理及使用 【知识点解析】 一、核心知识点 1. 仪器分类与工作原理 · 打点计时器是记录运动物体时间与位移的计时工具，通过在纸带上打点实现时间与位移的同步记录，分为电磁打点计时器和电火花打点计时器两类。 · 电磁打点计时器 · 工作电源：4~6V低压交流电源； · 原理：利用电磁感应带动振针周期性上下振动，通过复写纸在运动的纸带上打出点迹； · 特点：振针与纸带存在摩擦，实验误差相对较大。 · 电火花打点计时器 · 工作电源：220V家用交流电源； · 原理：利用脉冲火花放电，使墨粉在纸带上留下点迹； · 特点：无振针摩擦，纸带运动阻力小，实验精度更高。 · 共同核心参数：我国市电频率为50Hz，因此打点周期固定为，即每隔0.02s打下一个点。 1. 标准实验操作步骤 · ① 安装器材：将打点计时器固定在长木板一端，纸带穿过限位孔，复写纸（墨粉纸盘）套在定位轴上，纸带一端连接小车/滑块； ② 启动打点：先接通电源，待打点稳定后，再释放小车，使纸带随小车同步运动； ③ 结束操作：实验完成后立即关闭电源，取下纸带。 1. 纸带数据处理 · 时间间隔确定：相邻两个原始打点的时间间隔为0.02s；若每5个点取一个计数点，则相邻计数点的时间间隔。 · 瞬时速度计算： · 其中、为该点相邻的两段位移。 1. 核心注意事项 · 必须先通电后释放小车，保证纸带开头有足够清晰的点迹； · 纸带保持平直，减小与限位孔的摩擦； · 选取点迹清晰的纸带，舍弃开头过于密集的点迹； · 小车运动方向与纸带平行，避免纸带偏移磨损。 二、解题思路 1. 仪器辨析题：根据电源类型、电压数值、打点方式区分两种计时器，判断描述正误。 1. 操作判断题：围绕“先通电后释放”的核心顺序，判断实验步骤的对错。 1. 纸带计算题 ① 先明确计数点的时间间隔，区分“原始打点间隔”与“计数点间隔”； ② 求瞬时速度用相邻两段位移的平均速度替代； 【例题分析】 例1．（25-26高一上·青海西宁·阶段检测）以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤，下列步骤中正确的是（    ） A．固定打点计时器，将纸带穿过限位孔，并压在墨粉纸盘下方 B．把打点计时器的两个接线柱分别接上导线，与220v交流电源相连 C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算 D．用刻度尺测量纸带上两点间距离时，应移动刻度尺分别测量每段长度 例2．（25-26高一上·江苏苏州·阶段检测）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，正确的排列顺序为（　　） ①把电火花计时器固定在桌子上    ②安装好纸带 ③松开纸带让物体带着纸带运动    ④接通220V的交流电源 ⑤按下脉冲输出开关，进行打点    ⑥及时断电，然后取下纸带 A．①②④⑤③⑥ B．①④⑤②③⑥ C．①②③④⑤⑥ D．②①④⑤③⑥ 例3．（25-26高一上·河北石家庄·阶段检测）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是（      ） A．小车释放前，应停在靠近打点计时器的位置上 B．实验时，需要用秒表测量小车运动的时间 C．实验时，应先接通电源后释放小车 D．测量时，必须以纸带上打出的第一个点作为计时起点 例4．（25-26高一上·贵州毕节·期中）根据所学知识填空： (1)在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是__________（直流电，交流电），它们是每隔__________s打一个点。 (2)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 例5．（25-26高一上·黑龙江哈尔滨·阶段检测）在“练习使用打点计时器”的实验中： (1)（多选）除电磁打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、槽码、导线及开关外，在以下仪器和器材中，必须使用的有__________（填选项代号） A．电压合适的50Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 (2)（多选）实验过程中，下列做法正确的是__________ A．先释放小车，再接通电源，使打点计时器打点 B．先接通电源，使打点计时器打点，再释放小车 C．释放前，将连接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．释放前，将连接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 【变式训练】 变式1．（25-26高一上·江苏宿迁·开学考试）下列关于打点计时器的说法正确的是（　　） A．电磁打点计时器使用低压8V直流电源 B．打点时应先拉动纸带，后接通电源 C．使用电磁打点计时器和电火花打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔均为0.02s D．若每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为0.08s 变式2．（24-25高一上·黑龙江·期末）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 变式3．（25-26高一上·广东佛山·阶段检测）在练习使用打点计时器时，操作正确的是（　　） A．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带 B．在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔排列方向平行 C．使用打点计时器的过程中不需要固定打点计时器| D．每次纸带停止运动后，应先取下纸带再断开电源 变式4．（25-26高一上·安徽芜湖·期中）(1)电火花计时器是一种使用___________（选填“交流”或“直流”）电源的__________（选填“计时”或“计位移”）仪器； (2)它的工作电压是___________ V，当电源的频率是50Hz时，它每隔___________ s打一次点； (3)打点时应先___________，后___________，（均选填“接通电源”或“释放小车”）。 变式5．（25-26高二上·浙江嘉兴·期中）打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)甲打点计时器使用的电源为_____选填“低压交流”或“低压直流”电源。 (2)在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，接通打点计时器电源和让纸带开始运动这两个操作之间的时间顺序关系是 。 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 考点二 光电门测量速度 【知识点解析】 一、核心知识点 1. 测量原理 · 利用极限思想：当物体经过光电门时，挡光片挡住红外线的时间极短，可将这段极短时间内的平均速度，近似为物体经过光电门位置的瞬时速度。 核心公式： 其中为挡光片的宽度，为光电门记录的挡光时间。 1. 仪器组成 · 由光电门传感器（红外线发射端+接收端）与数字计时器组成，可直接高精度记录挡光时间，时间精度远高于打点计时器。 1. 常见应用场景 · 单个光电门：测量物体经过某一位置的瞬时速度； · 拓展实验：结合气垫导轨验证牛顿第二定律、验证动能定理等。 1. 误差说明 · 近似性：本质是平均速度，仅当趋近于0时才等于真实瞬时速度；挡光片越窄，测量结果越接近真实瞬时速度； · 主要误差来源：挡光片宽度测量误差、计时器计时误差。 二、解题思路 1. 速度计算：明确挡光片宽度与挡光时间，统一单位后代入公式直接计算。 1. 误差分析：挡光片越宽，越长，平均速度与瞬时速度的偏差越大，误差越大；反之误差越小。 【例题分析】 例1．（25-26高一上·河南·期中）李同学为探究匀变速直线运动的速度与位移的关系，采用了如图所示的实验装置，他将气垫导轨放在水平桌面上，细绳两端分别与托盘和滑块相连，且定滑轮和滑块间的细绳与气垫导轨平行。 (1)用刻度尺测得固定在滑块上的遮光条的宽度为d，接通气源，由静止释放滑块，与光电门连接的数字计时器上显示出遮光条经过光电门的遮光时间为t，则遮光条通过光电门时滑块的速度大小_____________。（用题中给定的物理量符号表示） (2)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是_____________。 A．极限思维法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．理想实验法 (3)若已测得滑块释放时遮光条到光电门的距离为L，滑块的加速度大小为a，则验证匀变速直线运动的速度与位移的关系为_____________。（用题中给定的物理量符号表示） 例2．（25-26高一上·重庆大足·期中）“行知”学习小组用如图甲所示的装置探究滑块的瞬时速度。 (1)学习小组的同学用刻度尺测量遮光条的宽度时，刻度尺的示数如图乙所示，则遮光条的宽度_____。 (2)接通气源，由静止释放滑块，数字计时器上显示出遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s，则遮光条通过光电门时滑块的速度大小为_____。（结果保留两位有效数字） (3)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是_____。 A．理想实验法 B．极限思维法 C．控制变量法 例3．（25-26高一上·重庆沙坪坝·阶段检测） (1)在某次光电门测速的实验中，一小铁球在两个光电门的竖直上方静止释放，先后通过同一竖直线上的两光电门。配套的计时器记录了小铁球通过第一个光电门所用时间为，通过第二个光电门所用时间为。已知小铁球的直径为2.0cm，小铁球通过第二个光电门时的速度大小为___________m/s。（保留两位有效数字） (2)利用以上的测速方法本质上测的是小铁球通过光电门的___________（填“平均速度”或“瞬时速度”），为提高实验准确度，应尽可能选用直径更___________（填“小”或“大”）的小铁球。 【变式训练】 变式1．（25-26高一上·河南·阶段检测）某同学用如图所示的气垫导轨和光电门做“测量物体做直线运动的平均速度和瞬时速度”实验。请回答下面的问题： (1)本实验利用光电门测滑块的速度，所应用的物理方法是（　　）（填选项前字母） A．类比法 B．等效替代法 C．理想实验法 D．极限思维法 (2)已知遮光条的宽度为，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间，则遮光条通过第一个光电门的速度大小为______，遮光条通过第二个光电门的速度大小为________________。（均保留一位有效数字） 变式2．（25-26高一上·河北唐山·阶段检测）(1)如图所示是电火花计时器的示意图。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。电磁打点计时器的工作电压是______V，电火花计时器的工作电压是______V，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，立即拖动纸带运动 上述步骤正确的顺序是______。（按顺序填写步骤编号） (2)用气垫导轨和光电门能更精确地测量物体的瞬时速度。如图甲所示，含遮光条的滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间，已知遮光条的宽度如图乙AB间距离，则为______cm，则滑块通过该光电门的速度大小为______m/s（计算结果保留两位有效数字）。 变式3．（25-26高一上·湖南株洲·阶段检测）如图所示，某同学用设计了一个测物体瞬时速度的实验。第一次实验时，该同学在小车上固定挡光片时，使挡光片的前端朝向车头。依次更换四个挡光片，将小车从轨道上同一位置由静止释放，获得了4组实验数据。第二次实验时，他将挡光片倒置，使挡光片的前端朝向车尾，仍将小车从轨道上同一位置由静止释放，又得到了4组实验数据。实验完毕，得到两张表格。请回答下列问题： 表一 不同的挡光片 通过光电门的时间（） 速度（） A 0.15425 0.519 B 0.11209 0.535 C 0.07255 0.551 D 0.03510 0.570 表二 不同的挡光片 通过光电门的时间（） 速度（） A 0.23048 0.349 B 0.17454 0.345 C 0.11562 0.344 D 0.05860 0.342 分析表格中的数据，可知表_________是将挡光片倒置后所得数据；四个挡光片中，最窄的挡光片的宽度_________（结果保留到小数点后第三位）；表中与小车车头到达光电门时的瞬时速度最接近的是_________。 2 学科网（北京）股份有限公司 $