2022-2023高中物理 第一章 運動的描述 第三節(jié) 記錄物體的運動信息學(xué)案 粵教版必修1

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1、2022-2023高中物理 第一章 運動的描述 第三節(jié) 記錄物體的運動信息學(xué)案 粵教版必修1 [學(xué)習目標] 1.了解兩種計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會安裝和使用.2.理解紙帶中包含的物體運動信息.3.理解利用紙帶判斷物體運動快慢的原理. 一、了解打點計時器 1.打點計時器的作用及分類 打點計時器是一種使用交流(填“交流”或“直流”)電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點，打點計時器和紙帶配合，可以記錄物體運動的時間及在一段時間內(nèi)的位移，供高中學(xué)生實驗用的計時器有電磁打點計時器和電火花打點計時器兩種. 2.電磁打點計時器 (1)工作電壓：6 V的交流

2、(填“交流”或“直流”)電源； (2)原理：接通電源后，振片便振動起來，帶動其上的振針上下振動.這時，如果紙帶運動，振針就通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點. 3.電火花打點計時器 (1)工作電壓：220 V交流電源； (2)原理：當接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上打出一行點跡. 4.兩種打點計時器誤差比較 電火花打點計時器在使用中對紙帶的運動阻力極小，因而系統(tǒng)誤差較小. 二、練習使用打點計時器 1.實驗步驟 (1)把打點計時器固定在桌子上并穿好紙帶. (2)把打點計時器的兩個接線柱接到交流電源上(電磁打點計時器接6 V低壓交流電，電火花打點計時器

3、接220 V交流電). (3)先接通電源開關(guān)，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點，隨后立即關(guān)閉電源. (4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數(shù)為n－1個，則紙帶的運動時間Δt＝(n－1)×0.02 s. (5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到最后的點間的距離Δx. 2.注意事項 (1) 打點前，應(yīng)使物體停在靠近(填“靠近”或“遠離”)打點計時器的位置. (2)打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶. (3)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源. (4)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段

4、的位移，正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個計數(shù)點到起始點O之間的距離).讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位. 三、數(shù)字計時器 1.構(gòu)成：由數(shù)字計時器和光電門組成.其中光電門由發(fā)光裝置和光線接收裝置構(gòu)成，計時器有兩個輸入插口分別與兩個光電門相連，如圖1所示. 圖1 2.計時原理 (1)記錄物體通過一個光電門的時間.當寬度一定的物體通過光電門時，光線被遮擋，數(shù)字計時器開始計時，物體通過光電門，遮光結(jié)束，數(shù)字計時器停止計時，這樣就記錄下物體遮擋一個光電門光線的短暫時間. (2)記錄物體經(jīng)過兩個光電門之間的時間.任一光電門第一次遮光時開始計時，第二次遮光時停止計時，計時器顯示的是兩次

5、遮光之間的時間(物體先后通過兩個光電門之間的時間). 3.使用數(shù)字計時器應(yīng)該注意的問題 (1)實驗前應(yīng)調(diào)整發(fā)光裝置和光線接收裝置的相對位置，因為如果二者沒有對準，則不能計時. (2)根據(jù)實驗要求正確選擇數(shù)字計時器的計時功能. 一、打點計時器的使用 例1　(多選)在“用打點計時器測速度”的實驗中，若打點周期為0.02 s，下列說法正確的是(　　) A.先接通電源，后拉動紙帶 B.先拉動紙帶，后接通電源 C.電火花計時器使用6 V以下的交流電源 D.連續(xù)n個計時點間的時間為(n－1)×0.02 s 答案　AD 解析　使用打點計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定

6、后，再拉動紙帶，A正確，B錯誤；電火花計時器的工作電壓是220 V交流電，C錯誤；每相鄰的兩個計時點間的時間為0.02 s，連續(xù)n個計時點間有n－1個間隔數(shù)，故時間為(n－1)×0.02 s，D正確. 【考點】練習使用打點計時器 【題點】打點計時器的原理及使用方法 例2　如圖2所示是一位同學(xué)使用打點計時器得到的兩條紙帶，他將兩條紙帶(甲、乙)上下并排放在一起進行比較，在圖中A、B兩點之間，兩條紙帶(甲、乙)運動的時間之比是(　　) 圖2 A.1∶1 B.2∶1 C.1∶2 D.無法比較 答案　B 解析　設(shè)紙帶上每打出兩個相鄰點所經(jīng)歷的時間為T，所以紙帶甲、乙上A、B

7、兩點間時間之比為＝＝，選項B正確. 【考點】練習使用打點計時器 【題點】打點計時器的原理及使用方法 二、數(shù)字計時器的使用 例3　如圖3所示用數(shù)字計時器研究物體的直線運動.1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的數(shù)字計時器顯示的擋光時間分別為5.00×10－2 s、2.00×10－2 s.滑塊從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間為Δt＝0.31 s，已知滑塊沿斜面方向的長度為5.00 cm，測得光電門1和2之間的距離為0.54 m，求：(結(jié)果要求保留兩位有效數(shù)字) 圖3 (1)滑塊通過光電門1時的速度v1＝

8、 m/s，通過光電門2時的速度v2＝ m/s. (2)滑塊從光電門1運動到光電門2的這段時間內(nèi)的平均速度為 m/s. 答案　(1)1.0　2.5　(2)1.7 解析　(1)滑塊通過光電門1時的速度 v1＝＝1.0 m/s. 滑塊通過光電門2時的速度v2＝＝2.5 m/s. (2)滑塊從光電門1運動到光電門2的這段時間內(nèi)的平均速度為：v＝＝≈1.7 m/s. 【考點】數(shù)字計時器的使用 【題點】數(shù)字計時器的理解和測物體運動的快慢 1.(紙帶計時原理)打點計時器所用的電源是50 Hz交流電，其相鄰點間的時間間隔是T，若紙帶上共打出N個點，紙帶

9、上記錄的時間為t，則下列各式正確的是(　　) A.T＝0.1 s，t＝NT B.T＝0.05 s，t＝(N－1)T C.T＝0.02 s，t＝(N－1)T D.T＝0.02 s，t＝NT 答案　C 解析　T＝0.02 s，共打出N個點，則就有(N－1)個時間間隔，則t＝(N－1)T. 2.(對打點計時器的理解)一打點計時器所用電源頻率是50 Hz，如圖4所示，紙帶上的A點先通過計時器，A、B間歷時 s，位移為 . 圖4 答案　0.04　2.80 cm 解析　當f＝50 Hz時，T＝＝0.02 s，tAB＝2T＝0.04 s，sAB＝(1.2

10、0＋1.60) cm＝2.80 cm. 3.(對數(shù)字計時器的理解)關(guān)于數(shù)字計時器的說法正確的是(　　) A.數(shù)字計時器只能記錄物體通過一個光電門的時間 B.數(shù)字計時器能記錄物體通過一個光電門的位移 C.數(shù)字計時器能記錄物體先后兩次經(jīng)過光電門之間的時間 D.數(shù)字計時器不能記錄物體先后兩次經(jīng)過光電門之間的時間 答案　C 解析　數(shù)字計時器既可以記錄物體遮擋一個光電門的短暫時間，也可以記錄物體經(jīng)過兩個光電門之間的時間，C正確. 4.(打點計時器的使用)在“用打點計時器測速度”的實驗中，(1)下列操作中正確的是 (填選項序號) A.在釋放小車前，小車要靠近打點計時器

11、 B.打點計時器應(yīng)放在長木板有滑輪的一端 C.先接通電源，后釋放小車 D.電火花打點計時器應(yīng)使用6 V交流電源 (2)如圖5所示為同一打點計時器在四條水平運動的紙帶上打出的點，其中做勻速直線運動的是 . 圖5 答案　(1)AC　(2)乙 5.(數(shù)字計時器的原理及數(shù)據(jù)處理)用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器能更精確地測量物體的瞬時速度.如圖6所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了滑塊上的遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1＝0.29 s，通過第二個光電門的時間為Δt2＝0.11 s，已知遮光板的寬度為3.0 cm，則滑塊通過第一個光電門的速度為 ，通過第二個光電門的速度為 .(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖6 答案　0.10 m/s　0.27 m/s 解析　由于滑塊經(jīng)過光電門時遮光板的擋光時間較短， 所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用遮光板擋光時間內(nèi)的平均速度表示. 經(jīng)過第一個光電門的速度v1＝＝ m/s≈0.10 m/s，經(jīng)過第二個光電門的速度v2＝＝ m/s≈0.27 m/s.