高中物理运动的描述学案.docx

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高中物理运动的描述学案

运动的描述

（二）第4节

【学习目标】

1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理。

2.学会使用打点计时器。

3.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度。

4.理解速度随时间变化的图象的意义，掌握描点法画图象的方法，并能根据图象分析物体的运动。

（1）工作电压：

以下的交流电源；

（2）原理：

接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，便振动起来，带动其上的上下振动。

这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。

3.电火花计时器

（1）工作电压：

V交流电源；

（2）原理：

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，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。

4.两种计时器误差比较

计时器使用中对纸带运动阻力极小，因而系统误差较小。

知识点二练习使用打点计时器

自主学习

1.把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带。

2.把打点计时器的两个接线柱接到电源上（电磁打点计时器接6V以下低压交流电，电火花计时器接220V交流电）。

典例2（多选）当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上点迹的说法中正确的是（　　）

A.点迹记录了物体运动的时间

B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移

C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状

D.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况

典例3你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，每隔1s用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”.如果在纸带上点下了10个点，则在打下的这些点的过程中，纸带的运动时间是（）

A.1sB.9s

C.10sD.11s

知识点二练习使用打点计时器

典例探究

典例1练习使用打点计时器时，接通电源与释放纸带让纸带（随物体）开始运动，这两项操作的先后顺序是（　　）

A.先释放纸带，后接通电源

B.先接通电源，后释放纸带

C.释放纸带的同时接通电源

D.先接通电源或先释放纸带都可以

典例2用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号写在空白处。

A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压____（填“交流”或“直流”）电源的两个接线柱上。

B.把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过________，并压在________下面。

C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx。

D.切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝______。

E.接通电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点.

F.利用公式v＝计算纸带运动的平均速度。

实验步骤的合理顺序是________。

典例3关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是（　　）

A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动

B．点迹变稀，说明纸带做加速运动

C．点迹变密，说明纸带做加速运动

D．相邻两点间的时间间隔相等

典例4使用打点计时器时应注意（　　）

A.无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸

3.先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。

4.取下纸带，从能够看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝。

5.用刻度尺测量出从开始计数的点到最后一个计数点间的距离Δx。

6.利用公式v＝计算出纸带在这段时间内的平均速度。

名师点睛

使用打点计时器的注意事项

1．如果在纸带上数出了n个点，那么，它们的间隔数是（n－1）个，它们的时间间隔为（n－1）×0.02s。

2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带。

3.打点前应使物体停在靠近打点计时器的位置。

4.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。

5.使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。

6.为了减小实验误差，计数点要

每隔T＝0.1s选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间。

即v＝。

7．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。

8．对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离），读数时应估读到毫米的下一位。

知识点三用打点计时器测量瞬时速度

自主学习

1．实验器材

电磁打点计时器（或电火花计时器）、学生电源（电火花计时器使用220V交流电源）、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸。

2．实验步骤

（1）把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过________，把复写纸套在定位轴上，并且压在____________。

（2）把电磁打点计时器的两个接线柱接到__________________电源上。

（3）接通电源开关，用手________拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。

（4）取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n

带的上面

B.使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带

C.使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行

D.打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源

知识点三用打点计时器测量瞬时速度

典例探究

典例1打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带上A、C间对应的时间为________s，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。

二者之间，B点的瞬时速度更接近于________m/s。

典例2如图是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为0.02s，纸带旁边是一把最小刻度为1mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：

（1）在AC这段时间内的平均速度；

（2）在B点的瞬时速度。

个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝_______。

（5）用___________测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx。

（6）利用公式v＝计算出纸带在这段时间内的_________。

名师点睛

用打点计时器测量瞬时速度

（1）选取一条点迹清晰便于分析的纸带．

（2）从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.1s．在纸带上用O、A、B、C、D…标出这些“计数点”，如图所示。

依次测出OA、AB、BC、CD…之间的距离x1、x2、x3、x4….

（3）A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为：

vA＝、vB＝、vC＝、vD＝….

知识点四用v-t图象表示速度

自主学习

1.速度－时间图象（v－t图象）

用横轴表示，纵轴表示，建立直角坐标系.根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到物体运动的v－t图象。

典例3在用打点计时器（电源频率为50Hz）研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每5个点取一个计数点，试根据纸带求解以下问题：

（1）纸带的哪一端与物体相连？

（2）相邻计数点间的时间间隔是多少？

（3）BD段对应的平均速度是多大？

（4）打C点时瞬时速度的大小？

【学霸提醒】

（1）对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离）.读数时应估读到毫米的下一位。

（2）某点瞬时速度的测量：

利用v＝，其中Δx为包含待测点的较近的一段距离。

知识点四用v-t图象表示速度

典例探究

典例1如图所示为某物体的v－t图象，试说明该物体的运动情况。

答案与解析

知识点一认识打点计时器

自主学习

1.交流0.02s位移电火花2.

（1）6V

（2）振片振针3.2204.电火花

典例探究

1.【答案】C

2.【答案】ABD

【解析】打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。

3.【答案】B

【解析】每隔1s用笔在纸带上点下一个点，如果在纸带上点下了10个点，也就有9个时间间隔，所以纸带的运动时间是9s。

故选B。

知识点二练习使用打点计时器

自主学习

2.交流4.（n－1）×0.02s

典例探究

1.【答案】B

【解析】开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带，如果先放开纸带，再接通打点计时器的电源，会导致物体运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；同时先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，A、C、D错误；B正确。

2.【答案】交流　限位孔　复写纸　（n－1）×0.02s　BAEDCF

【解析】打点计时器使用交流电；把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；若打出n个点，则有（n－1）个时间间隔，故这段纸带记录的时间Δt＝（n－1）×0.02s；实验步骤的排列一般要按先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：

B、A、E、D、C、F。

3.【答案】ABD

【解析】打点计时器的振针打点的频率一定（50Hz），相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密。

4.【答案】BCD

知识点三用打点计时器测量瞬时速度

自主学习

2.限位孔纸带上面6V的低压交流（3）水平（4）（n－1）×0.02s（5）刻度尺（6）平均速度

典例探究

1.【答案】0.04　0.35　0.43　0.35

【解析】由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s。

A、C间的距离为14.0mm＝0.0140m。

A、C间对应的时间为0.02×2s＝0.04s。

A、D间的距离为25.5mm＝0.0255m。

由公式v＝

得.vAC＝

m/s＝0.35m/s，

vAD＝

m/s≈0.43m/s。

B点的瞬时速度更接近于A、C间的平均速度。

2.【答案】

（1）0.22m/s　

（2）0.22m/s

【解析】

（1）根据平均速度的定义，AC这段时间内的平均速度就等于A到C的位移跟所用时间的比值．位移的大小可以从刻度尺上直接读出：

x＝4.00cm，A到C共10个点，9个时间间隔，所以A到C所用的时间t＝0.02s×9＝0.18s，所以AC这段时间内的平均速度

＝

＝

＝0.22m/s；

（2）根据公式vB＝

来计算B点的瞬时速度．为了尽量精确地反映物体在B点的运动快慢，我们尽量在靠近B点的地方取得数据，例如取靠近B点的左右两个点，左边点在刻度尺上的读数是1.77cm，右边点在刻度尺上的读数是2.65cm，那么Δx＝2.65cm－1.77cm＝0.88cm，两点间相隔的时间为Δt＝0.02s×2＝0.04s，所以B点的瞬时速度vB＝

＝

＝0.22m/s。

3.【答案】

（1）左端

（2）0.1s（3）1.861m/s（4）1.861m/s

知识点四用v-t图象表示速度

自主学习

1.时间t速度v2.不是3.加速减速

典例探究

1.【答案】

【解析】0～4s物体做加速运动，末速度为12m/s；

4～6s物体做减速运动，末速度为0；

6～7s物体做反向加速运动，末速度大小为4m/s；

2.【答案】v－t图象见解析图　0.40m/s

【解析】可以求出第2、3、4、5次曝光时小球的速度。

v2＝

m/s＝0.80m/s，

v3＝

m/s＝1.15m/s，

v4＝

m/s＝1.70m/s，

v5＝

m/s＝2.05m/s，

小球的v－t图象为直线（如图所示），延长图线可知第一次曝光时小球的速度v1＝0.40m/s.

3.【答案】见解析

课堂小测

1．关于打点计时器的使用，下列说法正确的是（　　）

A．电磁打点计时器使用的是6V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．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小

D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小

2．在下列四个图象中，表示匀速直线运动的是（　　）

3.使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：

（1）在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________．

A．把电火花计时器固定在桌子上

B．安放纸带

C．松开纸带让物体带着纸带运动

D．接通220V交流电源

E．按下脉冲输出开关，进行打点

（2）在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上，还要检查________是否夹在两纸带之间。

4.一同学在用打点计时器做实验时，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．振针与复写纸间的距离过小

5.如图所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一点，图中O点为第一个计数点，A、B、C、D为相邻的计数点，每相邻计数点间还有一个点未画出.根据图中标出的数据，打A、D两点时间内纸带的平均速度是，打B点时纸带的瞬时速度是，你能算出打O、D两点时间内纸带的平均速度吗？

为什么？

6.在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离并填入表格中。

距离

d1

d2

d3

测量值/cm

计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为v2＝_______m/s.

答案与解析

1.【答案】C

【解析】电磁打点计时器使用的是6V以下交流电源，A错；实验时应先接通电源再释放物体运动，B错；电源频率越高，打点时间间隔越小，C对，D错。

2.【答案】BC

【解析】在v-t图象中表示匀速直线运动的图线是平行于t轴的一条直线；在x-t图象中表示匀速直线运动的图线是过原点的直线，故选项B、C项正确。

3.【答案】　

（1）ABDEC　

（2）纸盘轴　墨粉纸盘

4.【答案】D

【解析】正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点。

当振针与复写纸片间的距离过大时，振针可能够不着复写纸片，打出的纸带上有时有点，有时无点。

当振针与复写纸片间的距离过小时，每一个打点周期内振针就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸片上，这样就成了一段一段的小线段。

所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中，否则就要做适当的调整。

选项A造成的后果是打点计时器不工作，选项B造成的后果是打点计时器工作不稳定，选项C造成的后果是打点周期不稳定，只有选项D才是造成题中所述现象的原因。

故应选D。

5.【答案】2.3125m/s　2.1250m/s　不能　不知道OD段的时间间隔

【解析】AD段的平均速度

AD＝

＝

×10－2m/s＝2.3125m/s.

当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故打B点时的瞬时速度

vB＝

＝

×10－2m/s＝2.1250m/s.

无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，因而不知道OD段的时间间隔。

6.【答案】　

距离

d1

d2

d3

测量值/cm

1.20

5.40

12.00

0.21

【解析】d1＝1.20cm，d2＝5.40cm，d3＝12.00cm，

每两个相邻计数点间的时间间隔T＝0.10s，

v2＝

＝

cm/s＝21.0cm/s＝0.21m/s.