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1、第一章運動的描述第4節(jié)實驗：用打點計時器測速度課前新知預習（對應(yīng)中學生用書P14）筑牢基礎(chǔ)自填要點產(chǎn)生認識一、實驗?zāi)康?了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學會安裝和使用2理解按照紙帶檢測速率的原理，學會簡略檢測瞬時速度3理解速率時間圖像的意義，把握描點法畫圖像的方法二、實驗原理1打點計時器的原理及使用電火花計時器電磁打點計時器工作電流V交流電V以下交流電打點方法周期性形成電火花周期性上下震動打點周期0.02s0.02s記錄信息、位移、2206位置時刻、時間振片中考考綱上所要求的有關(guān)打點計時器的中學生
2、實驗共有兩個，研究勻變速直線運動和驗證機械能守恒定理。研究勻變速直線運動是按照勻變速直線運動在連續(xù)相同時間間隔內(nèi)的位移差為一恒量即S=aT2,借助打點計時器的紙帶求加速度a；驗證機械能守恒定理是按照自由落體運動來驗證重力勢能的降低量等于動能的降低量，借助打點計時器的紙帶求下落高度h和某一點的瞬時速率v。所以中考中打點計時器的主要應(yīng)用是紙帶的應(yīng)用，2.跟運動物體連在一起的紙帶上打出的點記錄了物體在不同時刻的位置，用刻度尺測出兩個計數(shù)點間的位移x.打兩個點的時間可用t(n1)0.02s求得，則平均速率vxt，當t很短時，可以覺得x
3、t為t時刻的瞬時速率三、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、學生電源(電火花計時器使用220V交流電源)、刻度尺、紙帶、復寫紙、導線、坐標紙1假如電磁打點計時器打出的紙帶上是一個短橫線，為什么？2假如打點計時器接在直流電源上會發(fā)生哪些情況？提示：(1)振針壓得過緊，未能上下震動(2)不會打點計時器只有接在交流電源上能夠工作課堂師生共研（對應(yīng)中學生用書P15）演繹核心研析考點重難突破游戲：同桌兩朋友配合，如圖，甲拿筆上下畫點(可以打節(jié)拍1、2、3為使畫相隔點跡時間相等)；乙朋友可根據(jù)自己意愿牽
4、動紙帶，可快可慢兩朋友注意感受、觀察想一想：1挑動紙帶的快慢不均勻，對相鄰兩點所表示的時間有沒有影響？2相鄰兩點的距離跟挑動紙帶的速率有哪些關(guān)系？溫情提示打點計時器是一種計時儀器，它使用交流電源，打點周期由交流電的周期決定.重點演繹一、實驗步驟1把電磁打點計時器固定在椅子上，紙帶穿過限位孔，把復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，而且壓在紙帶前面2把電磁打點計時器的兩個接線柱接到6V的低壓交流電源上3接通電源開關(guān)，用手水平帶動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點隨即關(guān)掉電源4取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往前數(shù)出若干個點，假如共有n個
5、點，這么這n個點的間隔數(shù)為n1，則紙帶的運動時間t(n1)0.02s.5用刻度尺檢測出這幾個點間的距離x.6借助公式vxt估算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速率7把紙帶上能看得清的某個點作為起始點O，之后每隔T0.1s的點分別標上A、B、C、D作為“計數(shù)點”，如圖所示，依次測出O到A、B、C、D的距離，再分別算出O到A、A到B、B到C之間的距離x1、x2、x3.xt可以大致表示E點的瞬時速率D、F兩點離E點越近，算出的平均速率就越
6、接近E點的瞬時速率但是若D、F兩點距離過小，則檢測偏差減小，應(yīng)按照實際情況合理選定這兩個點2打點計時器打點的周期為T，則A、B、C、D各點的瞬時速率分別為：vAx1x22T、vBx2x32T、vCx3x42T，vDx4x52T.把數(shù)據(jù)填入下表，按照數(shù)據(jù)判定紙帶是否做勻速運動.位置ABCDEF(xnxn1)/(m)v/(m/s)3.按照以上表格數(shù)據(jù)做出速率時間圖像，通過圖像判定物體的運動性質(zhì)vt圖像：用縱軸表示時間t，橫軸
7、表示速率v，構(gòu)建直角座標系根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)在座標系中描點，之后用平滑的曲線把這種點聯(lián)接上去，即得到如下圖所示的vt圖像vt圖像的意義：vt圖像特別直觀地反映了速率隨時間變化的情況，它并不是物體運動的軌跡勻速直線運動的vt圖像：勻速直線運動的vt圖像是與時間軸平行的直線從勻速直線運動的vt圖像中除了可以看出速率的大小，而且可以求出位移按照位移公式xvt，在vt圖像中就對應(yīng)著周長分別為v0和t0的一個圓形面積，如圖中陰影的部份三、誤差剖析1借助平均速率來取代計數(shù)點的瞬時速率自身帶來系統(tǒng)誤差為減少偏差，應(yīng)取以計
8、數(shù)點為中心的較小位移x來求平均速率2分段檢測計數(shù)點間的位移x帶來偏差減少此偏差的方法是一次檢測完成，即一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離，再分別估算出各計數(shù)點間的距離3計數(shù)點間的時間t弄錯計數(shù)點間涉及到n個復印點，計數(shù)點間的時間間隔為t(n1)0.02s，而非tn0.02s.4作vt圖像不用座標紙、尺子，座標單位選取的不合理，畫圖粗糙帶來偏差四、注意事項1實驗前，應(yīng)將打點計時器固定好，以免帶動紙帶時搖晃，并要先輕輕試拉紙帶，應(yīng)無顯著的阻滯現(xiàn)象2使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再帶動紙帶
9、3手帶動紙帶時速率應(yīng)快一些，以防點跡太密集4使用電火花計時器時，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，碳粉紙盤坐落紙帶上方，使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下邊5使用電磁打點計時器時，如打出的點較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復寫紙的高度6打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點以后應(yīng)立刻關(guān)閉電源7對紙帶進行檢測時，不要分段檢測各段的位移，正確的做法是一次檢測完畢(可先統(tǒng)一檢測出各個檢測點到起始檢測點O之間的距離)讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位.實驗數(shù)據(jù)的處理上要求求平均值以減少碰巧偏差，采用逐差法，可以應(yīng)用盡可能多的數(shù)據(jù)以去除正負碰巧偏差，
10、得到較確切值。設(shè)連續(xù)相同時間間隔內(nèi)的位移為S1、S2、S3則存在，SmSn(mn)aT2(mn)共研精典例1打點計時器所用交流電源的頻度為50Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺進行檢測，如圖所示，則紙帶在A、C間的平均速率為_m/s，在A、D間的平均速率為_m/s，B點的瞬時速率更接近于__m/s.(一)授你破題錦囊解答本題可根據(jù)下述思路進行：(二)名師詳析解題過程A、C間的位移為x11.40cm，A、C間的時間間隔為t10.04s，所以A、
11、C間的平均速率為v1x1t11.401020.04m/s0.35m/s.A、D間的位移為x22.50cm，A、D間的時間間隔為t20.06s，所以A、D間的平均速率為v2x2t22.501020.06m/s0.42m/s.A、C兩點比A、D兩點更接近B點，所以B點的瞬時速率更接近于A、C間的平均速率0.35m/s.(三)完美答案(0.350.420.35)(四)解后總結(jié)規(guī)律方式用vxt近似取代瞬時速率的條件
12、是t足夠小，因而借助它求某一點的瞬時速率時，應(yīng)盡可能在緊靠該點取數(shù)據(jù)，求出的數(shù)值才可能更接近該點的瞬時速率(五)類題訓練鞏固提高如右圖所示的四條紙帶是某同事練習使用打點計時器時得到的，紙帶右端先通過打點計時器，從紙帶上點的分布情況可以斷言：紙帶_是勻速通過打點計時器的，紙帶__是越走越慢的，紙帶__是先越走越快，后來又越走越慢若所用電源頻度是50Hz，圖中D紙帶，從b點通過計時器到a點通過計時器，長達__s，位移為__m，這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速率是_m/s；bc段的平均速率是_m/s；ac
13、段的平均速率是_m/s.解析點之間的距離分布均勻的表示勻速直線運動，如題圖中的C紙帶；A紙帶中點之間的距離越來越小，說明紙帶越走越慢；D紙帶中點之間的距離先減小后減少，即紙帶先越走越快打點計時器測速度實驗視頻，后來又越走越慢題圖中D紙帶從b點通過計時器到a點通過計時器，長達0.02s，位移為0.12m，這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速率是0.120.02m/s6m/s；bc段的平均速率是0.150.02m/s7.5m/s；ac段的平均速率是0.120.150.04m/s6.75m/s.答案CAD0.0
14、20.1267.56.75例2在做“用打點計時器測速度”的實驗中，某同事得到了如圖所示的一條紙帶圖中所示數(shù)字為各點距第一點的距離，單位是cm.(1)設(shè)計一個表格，將檢測得到的化學量和估算出的各相鄰兩點間的平均速率填入表格中(2)判定紙帶運動的性質(zhì)，并說明理由(一)授你破題錦囊解答本題的基本思路為：設(shè)計表格提取紙帶信息填寫表格剖析數(shù)據(jù)(二)名師詳析解題過程(1)經(jīng)估算，各相鄰兩點間的位移x如下表所示，由vxt可求出平均速率.0112233445x/m0.02400
15、.02430.02360.02420.0240t/s0.020.020.020.020.02v/(ms1)1.201.221.181.211.20(2)依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，做出速率隨時間變化的vt圖像，如右圖所示，在偏差容許的范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)的平均速率相等，所以紙帶做勻速直線運動(三)解后總結(jié)規(guī)律方式圖像法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方式，運用圖像處理數(shù)據(jù)有好多優(yōu)點，但在借助數(shù)據(jù)畫圖的過程中，因為存在碰巧偏差，連線時有些數(shù)據(jù)點要舍掉打點計時器測速度實驗視頻，以減少實驗偏差(四)類題訓練鞏固提高車輛沿平直道路行駛，小明坐在駕駛員后面凝望著速率計，
16、并記下間隔相等的各時刻的速率值，如下表所示.t/s05101520253035404550v/(kmh1)20304050505050352050按照小明記錄的數(shù)據(jù)，試完成下述問題(1)從表中數(shù)據(jù)得到車輛在各段時間內(nèi)的特征：在015s內(nèi)，車輛的速率在不斷變化，每經(jīng)過5s速率減小_km/h；在1530s內(nèi)，車輛速率不變，速率大小為__km/h；在3045s內(nèi)，車輛速率在變化，每5s速率降低_km/h.(2)請依照表格中的數(shù)據(jù)，畫出對應(yīng)的vt圖像(
17、3)假如覺得在015s內(nèi)速率變化是均勻的，你能在圖像中找出車輛在7.5s時的速率值嗎？解析(1)剖析小明記錄的數(shù)據(jù)不難得出答案(2)依據(jù)小明記錄的各個時刻的速率值，首先在速率時間座標系中描出對應(yīng)點，之后聯(lián)接各點得到vt圖像，如圖所示(3)從vt圖像中可以得到車輛在7.5s時的速率大小為35km/h.答案105015(2)如圖所示(3)能，35km/h易錯警示剖析實驗裝置與操作中的錯誤問題，是一種重要的題型記住實驗步驟及注意事項尚且重要，但實驗中積極動手、勤于思索才是關(guān)鍵示例某中學生在
18、用打點計時器做測定變速直線運動的平均速率的實驗時，其開始時的裝置如圖所示，其中有錯誤與不妥之處，請把它找下來(一)授你破題錦囊回顧實驗注意問題逐條剖析實驗裝置(二)名師詳析解題過程電磁打點計時器必須接交流電源，而圖上所接為直流電源，即便是個錯誤；開始時，貨車離定滑輪端太近，往前運動的距離太小，以致紙帶上打下的點過少，給檢測帶來不便，產(chǎn)生較大偏差對點訓練(打點計時器原理)1.按照打點計時器打出的紙帶，我們可以不借助公式能夠直接得到的數(shù)學量是()A時間間隔B位移C平均速率D速度答案：AB解析：時間可由打點個數(shù)確定，故A
19、項正確；用刻度尺可直接檢測出兩點間的距離即位移的大小，所以B項正確；平均速率和速度必須依照公式由上述兩項求得，故C、D項錯誤2.借助打點計時器打下的紙帶()A能確切測出某點的瞬時速率B能簡略測出某點的瞬時速率C能確切測出某段時間內(nèi)的平均速率D可用任意兩點間的平均速率代表某點的瞬時速率答案：BC解析：利用紙帶測速度是在紙帶上選定兩個相仿的點，用這兩點間的平均速率代表某點的瞬時速率，所以只能簡略測出某點的瞬時速率，故選項A錯，B正確；從紙帶上可測出兩點間的位移，按照打點周期可確切求出兩點間的時間，因而能確切測出某段時間內(nèi)的平均速率，故
20、選項C正確；“某點”必須包含在所取的兩點之間，能夠用這兩點的平均速率代表“某點”的瞬時速率，并不是任意兩點都能代表的，故選項D錯誤對點訓練(打點計時器原理及使用)3.在使用打點計時器前，應(yīng)檢測()A所用電源是否符合要求B紙帶是否平整C打點周期的等時性是否良好D復寫紙的安裝是否正確答案：ABCD解析：電火花計時器的工作電流為220V，而電磁打點計時器的電源為6V以下的交流電源假如電源電流過低，會毀壞打點計時器的線圈；假如電流過高，會出現(xiàn)不打點或打點不清晰的情況，故選項A正確；假如紙帶不平整，可能出現(xiàn)漏點或點
21、跡不清，也可能出現(xiàn)點寬度離不準，故選項B正確；打點周期的等時性是打點計時器的重要技術(shù)指標，假如等時性不好，會給實驗帶來很大的偏差，故選項C正確；假如使用的是電磁打點計時器，復寫紙片應(yīng)安裝在紙帶的前面，專用復寫紙只有一面涂有打印涂料，有打印涂料的一面朝下，故選D.4.用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移下邊是沒有按操作次序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，根據(jù)你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當?shù)膬?nèi)容，之后按實際操作的合理步驟，將各步驟的字母代號寫在空白處A在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導線，導線的另一端分別接在低壓_電源的兩個接線柱上B把電磁打點計時器
22、固定在桌子上，讓紙帶穿過_，并壓在___下邊C用刻度尺檢測從計時開始點到最后一個點間的距離x.D切斷電源，取下紙帶，假若共有n個清晰的點，則對應(yīng)這段紙帶記錄的時間t_.E啟動電源，再用手水平地帶動紙帶，紙帶上打下一系列小點F借助公式vxt估算紙帶運動的平均速率實驗步驟的合理次序是_答案：交流限位孔復寫紙0.02(n1)sBAEDCF解析：電磁打點計時器是一種檢測時間的儀器，須要使用6V以下低壓交流電源，它每隔一個周期打一個點，因而紙帶上兩個點之間的時間間隔為一個周期，使用電磁打點計時器時，紙帶應(yīng)穿過兩個
23、限位孔，復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，紙帶壓在復寫紙下邊，打點時應(yīng)先接通電源，再讓紙帶運動5.2013廣州初一測量電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，當電源的頻度為50Hz時，振針每隔_s打一個點現(xiàn)今用打點計時器測定物體的速率，當電源頻度低于50Hz時，倘若仍按50Hz的時間間隔打一個點估算，則測出的速率數(shù)值將比物體的真實數(shù)值_答案：0.02偏大解析：T1f150s0.02s若f0.02s由于vxt，所以測出的速率值偏大6.某同事用手帶動紙帶，通過打點計時器打出一行點跡，如圖所示若用較長的刻度尺分別測得x
24、10.0290m，x20.0323m，x30.0449m，x40.0459m，x50.0562m，x60.0588m.(1)各檢測點1、2、3、4、5、6的瞬時速率分別為v1_m/s，v2__m/s，v3__m/s，v4_m/s，v5__m/s，v6__m/s.(2)用vt圖像表示出紙帶運動變化的規(guī)律答案：(1)0.290.320.450.460.560.59解析：(1)在包含各檢測點附近取一小段
25、位移x，其對應(yīng)時間均取為t0.1s因為t很短，可將各測量點附近的平均速度當成各檢測點的瞬時速率由vxt可得，1,2,36各點的瞬時速率依次為v1x1t0.0290m0.1s0.29m/sv2x2t0.0323m0.1s0.32m/sv3x3t0.0449m0.1s0.45m/sv4x4t0.0459m0.1s0.46m/sv5x5t0.0562m0.1s0.56m/sv6x6t0.0588m0.1s0.59m/s(2)由(1)可得各組v、t數(shù)據(jù)，列表如下：檢測點123456時間t/s0.10.20.30.40.50.6速率v/(ms1)0.290.320.450.460.560.59按照表格中各組數(shù)據(jù)，畫出vt圖像，如圖所示由vt圖像可知，紙帶的運動速率是逐步減小的，但并不隨時間均勻變化“舍掉開頭些過分密集的點子，為了易于檢測，找一個點當作計時起點。”這樣做的意義是哪些。“描出的幾個點大致才能全部落在直線上。”一段話的意義。