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第2节 时间和位移
第2课时　位移－时间图像　位移和时间的测量
[学习目标]　
1.知道x－t图像的物理意义，并能根据x－t图像描述物体的位置和位移.
2.了解两种打点计时器的结构和工作原理 ，并学会安装和使用.
3.会用打上点的纸带计算物体运动的位移和时间．
[重点、难点]　
x－t图像的物理意义，并能根据x－t图像描述物体的位置和位移
会用打上点的纸带计算物体运动的位移和时间
一、位移－时间图像
1．位置－时间图像：反映物体在任意时刻的位置的图像．在直角坐标系中选时刻t为横轴，选位置x为纵轴，其上的图线就是位置－时间图像．
2．位移－时间图像(x－t图像)：反映物体在不同时间内的位移的图像．将物体运动的初始位置选作位置坐标原点O，则位置与位移大小相等(x＝Δx)，位置－时间图像就成为位移－时间图像．
二、位移和时间的测量
1．两种打点计时器(如图1所示)
图1
(1)电磁打点计时器
使用交变电源的计时仪器；工作电压约为8 V，当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点．
(2)电火花计时器
使用220 V交变电源，当电源频率是50 Hz时打点周期是0.02 s.
2．时间的测量
从能够看清的某个点开始(起始点)，往后数出若干个点，数出时间间隔个数n，则这段时间t＝0.02n s.
3．位移的测量
用刻度尺测量纸带上两个点之间的距离，即为相应时间间隔内物体的位移大小．
一、位移－时间图像
知识深化
1．x－t图像的物理意义：x－t图像反映了物体的位移随时间的变化关系，图像上的某一点表示物体在某时刻所处的位置．
2．由x－t图像可求：
(1)任一时刻所对应的位置；
(2)任一段时间内的位移；
(3)发生一段位移所用的时间．
[深度思考]　物体的位移－时间图像是不是物体的运动轨迹？
答案　物体的x－t图像表示的是物体的位移随时间变化的规律，而不是物体的运动轨迹．
一质点沿直线运动，其运动的x－t图像如图3所示，则：
图3
(1)质点在 时间内离出发点越来越远；质点在 时间内离出发点越来越近；质点在 时间内没有运动．
A．0～20 s B．20～30 s
C．30～40 s D．40～50 s
(2)质点离出发点的最远距离是 m.
(3)质点在10 s时距离出发点 m，质点在 s时回到出发点．
答案　(1)AC　D　B　(2)50　(3)10　50
解析　(1)质点在0～20 s时间内和30～40 s时间内离出发点的位移越来越大，离出发点越来越远；质点在20～30 s时间内位移没有变化，故处于静止状态；质点在40～50 s时间内离出发点的位移越来越小，离出发点越来越近．
(2)由题图知t＝40 s时，质点离出发点的距离最远，最远距离为50 m.
(3)从题图上读出质点在10 s时距离出发点10 m；质点在50 s 时位移为0，即回到出发点．
针对训练　一物体做直线运动，其位移－时间图像如图4所示，设向右为正方向，则在前6 s内(　　)
图4
A．物体先向左运动，2 s后开始向右运动
B．在t＝2 s时物体距出发点最远
C．前2 s内物体位于出发点的左方，后4 s内位于出发点的右方
D．在t＝4 s时物体距出发点最远
答案　D
解析　由题意知向右为正方向．由题图图像可知，物体从－5 m处向右运动至5 m处，然后返回至4 m处，始终位于出发点右方，物体在前4 s内一直向右运动，后2 s内向左运动，故A、C错误；在t＝4 s时物体距出发点最远，B错误，D正确．
二、位移和时间的测量
1．实验操作
(1)把打点计时器固定在桌子上．
(2)安装纸带．
(3)把打点计时器的两个接线柱接到交变电源上(电源频率为50 Hz，电磁打点计时器接8 V低压交变电源，电火花计时器接220 V交变电源)．
(4)启动电源，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．
2．注意事项
(1)打点前，应使物体停在靠近打点计时器的位置.
(2)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)打点计时器不能连续工作太长时间，打完点之后应立即关闭电源．
(4)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，即统一测量出各个计数点到起始点之间的距离．
(5)为减小实验误差，1、2、3、4…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点间的时间间隔T＝0.1 s.
(1)打点计时器是记录做直线运动物体的 和 的仪器．电火花计时器是其中的一种，其工作电压是 ，电火花计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50 Hz时，它每隔 秒打一次点．
(2)以下是练习使用电火花计时器的部分实验步骤，其中错误的操作是 ．
A．把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔
B．把打点计时器与8 V低压交变电源相连
C．用手水平拉动纸带，然后启动电源
D．关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量某计数点与计时起点的距离x0，并算出时间t
答案　(1)时间　位移　220 V　0.02　(2)BC
(1)电磁打点计时器使用的电源是 (填“交变8 V”或“交变220 V”)电源，实验室使用我国民用电(频率50 Hz)时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为 .
(2)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选出了一条清晰的纸带，并取其中的A、B、C…五个点进行研究，这五个点和刻度尺标度对应的位置如图5所示．
图5
可求出A、C间的距离为 cm，C、E间的距离为 cm.
答案　(1)交变8 V　0.1 s　(2)3.15　6.15

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