高一物理必修一第一章第四节-讲义

第一章第一章 运动的描述运动的描述 第四课时第四课时 实验 用打点计时器测速度实验 用打点计时器测速度 一一 情景导入情景导入 大自然中 物体的运动有快有慢 天空中 日出日落 雄鹰翱翔 草原上 猎豹疾驰 葡 萄架上 蜗牛爬行 即使是同一物体 在不同的时刻 其运动的快慢也不相同 如撑杆跳 高运动员在上升和下降的各个时刻 运动快慢 速度 不同 怎样测量物体在某一时刻的速 度 瞬时速度呢 二二 课前导读课前导读 要点要点1 两种计时器两种计时器 1 电磁打点计时器是一种记录 运动物体在一定时间间隔内位移 的仪器 它使用 交流 电 源 由学生电源供电 工作电压在 6V 以下 当电源的频率为 50 Hz 时 它每隔 0 02s 打 一个点 2 电火花计时器使用交流电源 工作电压是 220V 3 电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同 不过在纸带上打点的不是振针和复写纸 而是 电火花 和 墨粉 它是利用 火花放电 在纸带上打出小孔显示出点迹的 使用时 墨粉纸盘套在纸盘轴上 把纸带穿过 限位孔 并夹在两条纸带之间 当接通电源 按下 脉冲输出开关时 计时器发出的脉冲电流经放电针 墨粉纸盘到纸盘轴 产生火花放电如 下图所示 于是在运动着的纸带上打出了一列点迹 当电源的频率为 50 Hz 时 它每隔 0 02s 打一个点 古时候由于生产力不发达 计时的方法是滴水法和日影法等原始的方法 随着科学技术的 发展 今天的计时方法既有钟表一般的计时器 还有精度极高的光电计时器 在实验中我 们还用到打点计时器 当打点计时器外接交流电源的频率为 50 Hz 时 打出的纸带上相邻 两点间的时间间隔为多少 而美国 加拿大及日本的西部地区常用的交流电频率是 60 Hz 若接在打点计时器上 打出的纸带上相邻两点间的时间间隔又为多少 两种计时器的比较 1 都使用交流电源 但工作电压不同 2 工作原理不同 但作用相同 纸带上的点可记录与之相连的运动物体的时间间隔和位 移 3 电磁打点计时器使用振针和复写纸打点 电火花打点计时器使用电火花和墨粉打点 4 使用电火花计时器时 应把两条纸带正确穿好 墨粉纸盘夹在两纸带之间 使用电磁打 点计时器时 应让纸带通过限位孔 压在复写纸下面 5 电火花打点计时器工作时 纸带运动时受到的阻力比较小 实验误差也就较小 特别提示 电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样 打点的时间间隔也都是 0 02 s 所以今后的叙述中不再区分 统称打点计时器 1 电火花计时器是一种使用 填 交流 或 直流 电源的 仪器 它的工作 电压是 V 当电源频率是 50 Hz 时 它每隔 s 打一次点 答案 交流交流 计时计时 220 0 02 2 双选 关于电火花打点计时器和电磁打点计时器的有关说法中 正确的是 A 电火花打点计时器和电磁打点计时器都是使用交流电源 B 两种打点计时器的打点频率与交流电源频率一样 C 电火花打点计时器在纸带上打点也是靠振针和复写纸 D 电磁打点计时器是靠电火花和墨粉打点的 答案 答案 AB 要点要点2 用打点计时器测量瞬时速度用打点计时器测量瞬时速度 1 练习使用打点计时器 1 把打点计时器固定在桌子上 纸带穿过 限位孔 并压在复写纸 或墨粉盘 下 面 也可 以让两条纸带夹住墨粉盘 2 先接通 电源 后拉动 纸带 纸带上就打出一行小点 随后立即 关闭电源 3 取下纸带 从能看得清的某个点数起 数出共有多少个点 如果有 n 个点 那么打点的 间隔数为 n 1 个 则纸带的运动时间 t n 1 0 02 s 4 用刻度尺测量从开始计数的一点到最后一点间的距离 2 用打点计时器测量瞬时速度 方法 如下图所示 根据 D F 两点的位移 x 和时间 t 算出平均速度 v x t 用这个平均速度来代表经过 E 点的 瞬时速度 怎样更精确地测量物体运动的速度 1 注意事项 1 电磁打点计时器振针的高度应适当 并且不要松动 否则会出现漏点 双点 甚至打出 的是短横线等情况 而且可能对纸带产生过大的摩擦阻力 2 复写纸片或墨粉纸盘不要装反 每打完一条纸带 应将它们的位置调整一下 以充分利 用它的不同部位 保证打点清晰 3 实验时要先接通电源 计时器稳定后 再让纸带运动 每打完一条纸带要及时切断电 源 4 释放物体前 应使物体停在靠近打点计时器的位置 5 要注意计时点和计数点的不同 2 利用纸带处理数据的方法 1 根据打出的点 数出间隔数 根据打出点的间隔数求时间 2 用刻度尺测量两点间的距离表示物体的位移 3 物体的位移除以时间等于平均速度 若时间间隔合适 某点的瞬时速度近似于该段时间 内的平均速度 特别提示 1 使用打点计时器时 要切记其使用的方法 2 这里用平均速度代表瞬时速度 是一种近似 是一种方法 极限思想 1 双选 以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤 请将有错误的操作选择出来 A 把打点计时器固定在桌子上 纸带穿过限位孔 把复写纸片套在定位轴上 并压在纸 带下面 B 把打点计时器的两个接线柱分别接上导线 与 4 6 V 低压交流电源相连 C 用手水平地牵动纸带 然后打开电源开关 D 取下纸带 用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离 x0 时间间隔 t 用公式 计 x0 t 算纸带运动的平均速度 答案 答案 AC 2 如右图所示 是一同学利用打点计时器打出的一条纸带 纸带上打出的不是圆点 而是 如图所示的一些短线 这可能是因为 A 打点计时器错接在直流电源上 B 电源电压不稳定 C 电源的频率不稳定 D 打点针压得过紧 答案 答案 D 要点要点3 速度时间图象速度时间图象 可在方格纸上建立直角坐标系 用纵坐标表示物体运动的 速度 v 用横坐标表示 时间 t 根据各个时刻的速度 将 v t 作为一组坐标再进行 描点 将所描的点连成平滑曲线后 得出的图象称为速度时间图象 v t 图象 简称 速度图象 速度图象的应用 1 读出物体在某时刻的速度或物体的某一速度所对应的时刻 在右 图中 0 时刻的速度为 v0 t 时刻的速度为 vt 2 求出物体在某段时间内速度的变化量或物体发生某一速度变化所 经历的时间 在右图中 0 t 时间内速度的变化量为 v vt v0 3 判断运动方向 根据速度的正 负判断运动方向 速度为正 表示物体沿正方向运动 速度为负 表示物体沿负方向运动 在右下图中 0 t3时间内物体沿正方向运动 t4 t6 时间内 物体沿负方向运动 4 比较物体速度变化的快慢 在 v t 图象 如右图所示 中 直线的 倾斜程度 斜率 反映了物体速度改变的快慢 倾斜程度越大 表示 速度改变得越快 倾斜程度越小 表示物体的速度改变得越慢 直 线不倾斜 平行于时间轴 表示物体的速度不变 在上图中 不难 看出 物体在 0 t1时间内比在 t2 t3时间内速度变化得慢 在 t4 t5时间内比在 t5 t6时间内速度变化得慢 特别提示 在应用 v t 图象时 要注意避免以下几种常见的错误 1 把 v t 图象和 x t 图象混淆不清 例如 把 v t 图象中两条直线的交点误认为相遇 在 v t 图象中根据直线向上倾斜 向下倾斜判断运动方向等等 2 把 v t 图象误认为是质点的运动轨迹 1 下图中表示匀速直线运动的是 答案 答案 B 2 右图是一个物体运动的 v t 图象 从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的 1 物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度 2 运动的方向是否变化 3 速度的大小是否变化 怎样变化 答案 答案 1 有初速度有初速度 2 方向变化方向变化 3 先变大后再不变再变小最后反向变大先变大后再不变再变小最后反向变大 四四 知识解惑知识解惑 题型题型1 用纸带计算平均速度和瞬时速度用纸带计算平均速度和瞬时速度 例例 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 量的情况如图所示 纸带在 A C 间的平均速度为 m s 在 A D 间的平均速度为 m s B 点的瞬时速度更接近于 m s 解析 A C 间的位移为 x1 1 40 cm A C 间的时间为 t1 0 04 s 所以 A C 间的平 均速度 v1 m s 0 35 m s x1 t1 1 40 10 2 0 04 A D 间的位移 x2 2 50 cm A D 间的时间 t2 0 06 s 所以 A D 间的平均速度 v2 m s 0 42 m s x2 t2 2 5 10 2 0 06 A C 两点比 A D 两点更接近 B 点 所以 B 点的瞬时速度更接近于 A C 间的平均速 度 0 35 m s 答案 答案 0 35 0 42 0 35 名师点睛 处理纸带时要看清已知数据指的哪段数据 若已知 B和 C距离 则 vC也可 CD 表示为 vC 另外还要注意单位 mm 要换成 m BC CD 2T 1 在练习使用打点计时器的实验中 得到了一条如图所示的纸带 其中 0 1 2 3 是选用 的计数点 每相邻两个计数点之间还有 3 个打出的点没有在图纸上标出 图中画出了将米 尺靠在纸带上测量的情况 读出图中所测量点的读数分别是 和 打第 2 个计数点时纸带的速度是 m s 答案 答案 10 00 cm 12 60 cm 22 60 cm 29 90 cm 0 63 题型题型2 速度时间图象速度时间图象 例例 2 如图所示 是一条利用打点计时器打出的纸带 0 1 2 3 4 5 6 是 7 个计数点 每相邻两 个计数点之间还有 4 个点未画出 各计数点到 0 的距离如图所示 求出各计数点的瞬时速 度并画出速度 时间图象 解析 1 点对应时刻是 0 2 之间的中间时刻 求出 0 2 间的平均速度即可认为是 1 点的瞬时速度 同理 2 3 4 5 点的瞬时速度也可求出 而相邻计数点间的时间间隔 T 0 1 s 故 v1 m s 0 195 m s v2 x02 2T 3 9 10 2 2 0 1 x13 2T 9 10 2 1 0 10 2 2 0 1 m s 0 40 m s 同理 v3 0 61 m s v4 0 69 m s v5 0 70 m s 以 O 点为坐标原点 横坐标表示时间 纵坐标表示速度建立直角坐标