1、學(xué)案5實(shí)驗(yàn)：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器的構(gòu)造及工作原理.2.學(xué)會(huì)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.3.掌握測(cè)瞬時(shí)速度的方法，會(huì)用打出的紙帶求瞬時(shí)速度.4.能根據(jù)紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度一、實(shí)驗(yàn)器材1器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙2了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器如圖1所示，是一種使用低壓、交流電源的計(jì)時(shí)儀器，工作電壓為46 V.圖1(2)當(dāng)電源頻率是50 Hz時(shí)，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一次點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶能記錄運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置2根據(jù)紙帶計(jì)算某時(shí)刻的瞬

2、時(shí)速度根據(jù)可求任意兩點(diǎn)間的平均速度，把這個(gè)平均速度值看成這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度(注：學(xué)習(xí)第2章后，就會(huì)知道，勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度)3加速度的計(jì)算(1)根據(jù)a計(jì)算出物體的加速度(2)由vt圖像，利用圖線的斜率求出物體的加速度一、實(shí)驗(yàn)步驟1如圖2所示，把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒有滑輪的一端，連接好電路圖22紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到4 V6 V的低壓交流電源上3把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼，放手后，看小車能否

3、在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，并把紙帶的另一端固定在小車的后面4把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次二、數(shù)據(jù)處理1挑選紙帶并測(cè)量在三條紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的為了便于測(cè)量，舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)跡，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)(0點(diǎn))，每5個(gè)點(diǎn)(相隔0.1 s)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，如圖3所示(相鄰兩點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)圖32瞬時(shí)速度的計(jì)算和記錄(1)計(jì)算方法：某段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即vn，例如圖3中計(jì)數(shù)點(diǎn)4的速度v4，其中T0.1 s.(

4、2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)位置01234567時(shí)刻t/s00.10.20.30.40.50.60.7v/(ms1)3.加速度的計(jì)算圖4(1)根據(jù)a，求解加速度，可以多求幾次，再求a的平均值(2)作出小車運(yùn)動(dòng)的vt圖像，利用斜率求出小車的加速度如圖4所示，小車的加速度a.三、注意事項(xiàng)1開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器2先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車3打點(diǎn)完畢，立即斷開電源4選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄開頭點(diǎn)跡密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少一般在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T0.025 s0.1 s.5在坐標(biāo)紙上畫vt

5、圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在坐標(biāo)平面中央6利用描出的點(diǎn)作vt圖像時(shí)，不要將相鄰的點(diǎn)依次相連成折線，而應(yīng)使大多數(shù)點(diǎn)在直線(或曲線)上，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線(或曲線)兩側(cè)，個(gè)別離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去例1在“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)操作步驟，試找出其中的錯(cuò)誤和遺漏的步驟(遺漏步驟可編上序號(hào)G)A拉住紙帶，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端后，放開紙帶，再接通電源B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無滑輪一端，并接好電路C把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)?shù)你^碼D取下紙帶，再斷開電源E將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔

6、F從所打的紙帶中選取理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析錯(cuò)誤和遺漏：_；_；G._；正確的步驟順序?yàn)開答案A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶D中應(yīng)先斷開電源，再取下紙帶換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次BECADGF例2在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn)中，圖5甲是一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出(電源頻率為50 Hz)圖5(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式可求得vB1.38 m/s，vC_ m/s，vD3.90 m/s.(2)利用求得的數(shù)值在圖乙所示坐標(biāo)紙上作出小車的vt圖線(從打A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí))利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a_ m/s2.(3)將圖

7、線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)是0.12 m/s，此交點(diǎn)的物理意義是：_.解析(1)打C點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的速度為vC cm/s264 cm/s2.64 m/s.(2)用描點(diǎn)法作出小車的運(yùn)動(dòng)圖像如圖所示由圖知小車運(yùn)動(dòng)的加速度a12.6 m/s2.(3)此交點(diǎn)表示從A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí)，小車的速度為0.12 m/s.答案(1)2.64(2)12.6(3)從A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí)，小車的速度為0.12 m/s1.如圖6所示是用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)得到的一條紙帶，測(cè)量出AB1.2 cm，AC3.6 cm，AD7.2 cm，計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D中，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，以下說法正確的是()

8、圖6A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是只能記錄時(shí)間而不能記錄位移的儀器B若電源頻率f50 Hz，則每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 sC打B點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)物體的速度vB0.20 m/sD本實(shí)驗(yàn)也可以采用電火花計(jì)時(shí)器答案BD解析電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器既可以記錄時(shí)間，又可以記錄位移，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為0.02 s，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出，即兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1 s，選項(xiàng)B正確；vB m/s0.18 m/s，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都可以用，選項(xiàng)D正確2在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在50 Hz的低壓交變電源上某同學(xué)在打出的紙帶上每

9、5點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫出)，如圖7所示從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長(zhǎng)緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖8所示圖7圖8(1)請(qǐng)你在xOy坐標(biāo)系中用最簡(jiǎn)潔的方法作出能表示vt關(guān)系的圖線(在圖8中作答)，并指出哪個(gè)軸相當(dāng)于v軸？_.(2)從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，為了求出0.15 s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，需要測(cè)出哪一段紙帶的長(zhǎng)度？_.(3)若測(cè)得a段紙帶的長(zhǎng)度為2.0 cm，e段紙帶的長(zhǎng)度為10.0 cm，則可求出加速度的大小為_ m/s2.答案(1)vt圖線見解析圖y軸相當(dāng)于v軸(

10、2)b段(3)2.0解析(1)以紙帶寬度為時(shí)間單位0.1 sx軸相當(dāng)于t軸，y軸相當(dāng)于v軸，每段紙帶上端中點(diǎn)的縱坐標(biāo)相當(dāng)于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度把紙帶上端中點(diǎn)連起來就得到vt圖線(2)用b紙帶的長(zhǎng)度除以0.1 s就是完成b紙帶這段長(zhǎng)度的平均速度，也近似等于0.15 s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，故需測(cè)出b段紙帶的長(zhǎng)度(3)0.05 s時(shí)的瞬時(shí)速度v120.0 cm/s0.20 m/s045 s 時(shí)瞬時(shí)速度v2100 cm/s1.00 m/sa m/s22.0 m/s21.在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，我們可以不利用公式計(jì)算就能直接得到的物理量是()A時(shí)

11、間間隔B瞬時(shí)速度C加速度 D某段時(shí)間內(nèi)的位移答案AD解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是每隔0.02 s打下一個(gè)點(diǎn)，所以數(shù)點(diǎn)就可以知道時(shí)間間隔，故A正確瞬時(shí)速度的求解需要運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式，故B錯(cuò)誤加速度的求解需要運(yùn)用公式或利用圖像求斜率，故C錯(cuò)誤某段時(shí)間內(nèi)的位移可以利用刻度尺直接測(cè)得，故D正確，故選A、D.2關(guān)于“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是()A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長(zhǎng)木板上，且靠近滑輪一端B開始實(shí)驗(yàn)時(shí)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端C應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車D牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)越多越好答案BC解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；小車開始時(shí)靠近

12、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是為了使小車的運(yùn)動(dòng)距離較大，選項(xiàng)B正確；若先釋放小車后接通電源只能在紙帶的后面部分打點(diǎn)，選項(xiàng)C正確；鉤碼個(gè)數(shù)太少，打點(diǎn)密集，鉤碼個(gè)數(shù)太多，打點(diǎn)太少，都會(huì)帶來實(shí)驗(yàn)誤差，選項(xiàng)D錯(cuò)誤3下列關(guān)于“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)中所選計(jì)數(shù)點(diǎn)的說法中，不正確的是()A用計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算既方便又可減小誤差B相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔應(yīng)是相等的C相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離應(yīng)是相等的D計(jì)數(shù)點(diǎn)是從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)中選出來的，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)相等答案C4如圖1甲、乙所示為同一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的兩條紙帶，由紙帶可知()圖1A在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的大B在打下計(jì)數(shù)

13、點(diǎn)“0”至“5”的過程中，紙帶甲的平均速度比乙的小C紙帶甲的加速度比乙的大D紙帶甲的加速度比乙的小答案BD解析在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”至“5”的過程中，兩紙帶所用時(shí)間相同，但甲紙帶位移小于乙紙帶位移，故甲乙，選項(xiàng)A錯(cuò)，B對(duì)；相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間所用時(shí)間相等，可知甲的速度不變，乙的速度變大，故a甲a乙，選項(xiàng)C錯(cuò)，D對(duì)5在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，下述測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是()A當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時(shí)，可以用短尺把它分段來測(cè)量B當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時(shí)，可以用短尺一次把它測(cè)完C測(cè)量每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，應(yīng)該用帶著毫米刻度的長(zhǎng)尺的零刻度對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)，讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)

14、對(duì)應(yīng)的刻度值，然后逐一相減，得到每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值D分別逐個(gè)測(cè)出每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，這樣便于記錄答案C解析不論兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離大還是小，采用C項(xiàng)所述方法都可減小誤差，C正確6某同學(xué)用如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度圖2(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接_電源(填“低壓直流”、“低壓交流”或“220 V交流”)(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先_再_(填“接通電源”或“放開小車”)(3)若所接電源的頻率是50 Hz，則每隔_秒打一個(gè)點(diǎn)(4)圖乙是繪出的小車速度時(shí)間關(guān)系圖線，根據(jù)圖線求出小車的加速度為a_ m/s2.(保留三位有效數(shù)字)答案(1)低壓交流(2)接通電源放開小車(3

15、)0.02(4)0.682解析(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接低壓交流電源(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源再放開小車(3)若所接電源的頻率是50 Hz，則每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)(4)在vt圖像中圖線的斜率表示加速度即a0.682 m/s2.7一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號(hào)，如圖3甲所示，1位置恰對(duì)應(yīng)小球剛開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，作為零時(shí)刻攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v10，v20.06 m/s，v3_ m/s，v40.18 m/s，v5_ m/s

16、.在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度時(shí)間圖像(保留描點(diǎn)痕跡)圖3答案0.120.24見解析圖解析如題圖所示，s1s20.06 m，而v2 m/s0.06 m/s，故T0.5 s，則v3 m/s0.12 m/s，又s4s50.24 m，則v5 m/s0.24 m/s.其vt圖像如圖所示8實(shí)驗(yàn)小組在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的實(shí)驗(yàn)中，得到一條紙帶如圖4所示，A、B、C、D、E、F、G為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1 s，利用刻度尺已經(jīng)測(cè)量得到s11.20 cm，s21.60 cm，s31.98 cm，s42.38 cm，s52.79 cm，s63.18 cm.圖4(1)根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷該實(shí)驗(yàn)小組使用的刻度尺的最小刻度是什么？(2)計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體在B、C、D、E、F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度(3)試作出vt圖像，并由圖像求物體的加速度答案(1)毫米(2)14 cm/s17.9 cm/s21.8 cm/s25.85 cm/s29.85 cm/s(3)圖像見解析39.6 cm/s2解析(1)因?yàn)榻o出的測(cè)量長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)都是以厘米為單位，小數(shù)點(diǎn)