1[1].4 实验：用打点计时器测速度 课件(人教版物理必修1).ppt

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1、4实验：用打点计时器测速度 一、实验目的1了解打点计时器的构造、原理及使用方法，练习使用打点计时器2用打点计时器测速度二、实验原理1测量平均速度：测量打点计时器在打出某两个点的时间间隔中纸带运动的平均速度，可以用出这两点间的距离x(注意测量值应估读到0.1 mm)，数出这两点间点迹的间隔数n，则打这两点的时间间隔t s(如有5个点迹间隔时，t0.1 s)，即可由算出平均速度 刻度尺量刻度尺量0.02n2测量瞬时速度：测量瞬时速度的方法实际上是利用了一种极限逼近的方法.如图141所示，要测量C点的瞬时速度，可以选取较为靠近C点的两个点如B、E两点，根据B、E两点间的位移x和时间t，利用公式计算出

2、纸带在这两点间的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过C点时的当然，如果包含C点在内的间隔取得小一些，例如取B、D，计算出的平均速度越接近C点的瞬时速度，然而两点距离过小，测量误差就会增大，所以两点间位移太大或太小都不适合，应该根据实际情况选取合适的两个点，一般选取跟C点 的两个点，来求两点间的平均速度瞬时速度瞬时速度邻近邻近三、实验器材打点计时器、复写纸、导线、坐标纸.刻度尺、纸带刻度尺、纸带电源电源四、两种常用的打点计时器1电磁打点计时器(1)根据图142所示的打点计时器构造图，指出各主要部件的名称：，(2)仪器原理电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内的仪器，使用 电源，工作电压在

3、以下，当电源的频率是50 Hz时，每隔 打一个点接线柱接线柱线圈线圈振片振片永久磁铁永久磁铁振针振针限位孔限位孔复写纸复写纸定位轴定位轴纸带纸带位移位移交流交流6V0.02 s通电以前，把纸带穿过，再把套在轴上的复写纸片压在纸带上面，接通电源后，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，如果纸带不动，振针就通过复写纸在纸带上留下一个小点，如果把纸带跟运动物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，振针就在纸带上留下一行小点，各点之间的距离就表示相应时间内物体的 限位孔限位孔振片振片振针振针位移位移2电火花计时器电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同，这种计时器工作时，是通过发

4、出的脉冲电流经接正极的 、到接负极的，产生火花放电(参阅教材图1.42)，电火花将墨粉盘上的墨粉蒸发到纸带上留下点迹与电磁打点计时器相比，电火花计时器使用中来自于纸带运动本身的阻力，因而系统误差也就比较计时精度与交流电源频率稳定程度一致，同时操作简易，使用安全可靠放电针放电针 墨粉纸盘墨粉纸盘纸盘轴纸盘轴较小较小小小打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置五、实验步骤1了解打点计时器的结构，然后把它固定在 2把纸带装好3 ，用手水平地拉动 ，纸带上就打出一行小点随后立即4取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点如

5、果数出n个点，弄清从第一个点到第n个点的间隔个数，由此计算出从第一个点到第n个点的 .桌子上桌子上启动电源启动电源纸带纸带断开电源断开电源时间间时间间隔隔t5用刻度尺测量从第一个点到第n个点的距离在进行测量前，设计表格，记录以上测量值6利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度及经过某点时的瞬时速度六、用图象表示速度1速度时间图象：在平面直角坐标系中，用横轴表示 ，用纵轴表示 ，将各时刻的瞬时速度和相对应的时刻在坐标系中描出点，用一条平滑曲线“拟合”描出的各点，就得到运动物体的速度时间图象，即vt图象2意义：描述速度v随时间t的变化关系时间时间速度速度一、实验中应注意的事项1电源电压要符合要求，

6、电磁打点计时器应使用10 V以下的交流电源；电火花计时器要使用220 V交流电源2实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度3使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定后再用手拉纸带连续工作时间不能太长，打点之后立即关闭电源4手拉纸带时，拉动速度不可过小，也不宜过快，以打下的点尽量清晰为标准5取下纸带后，及时用箭头表明运动方向6选择计数点时，不一定从打下的第一个点开始，应该去掉开始阶段比较密集的点，便于测量7确定运动时间时，不要将打的点与选择的计数点混同8测量各段距离时，用长尺一次完成较好，不要用短尺分段测量，以减小测量误差二

7、、数据处理1表格法根据计算出各计数点0、1、2、5附近的平均速度，把它当作打下这些点时的瞬时速度，并记入下表中，点0作为计时起点，t0，便可看出手拉纸带运动的速度变化情况.位置012345时刻(s)00.10.20.30.40.5瞬时速度(m/s)2.图象法(1)图象的描绘：以速度v为纵轴、时间t为横轴，在方格纸上建立直角坐标系，根据每隔0.1 s测得的速度值在坐标系中描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到了一条能够描述纸带运动的速度v与时间t关系的图象称为速度时间图象，简称速度图象，即vt图象(2)从速度图象中可获取的信息任一时刻速度的大小和方向或物体的某一速度所对应的时刻在某段时间

8、内速度的变化量或物体发生某一速度变化所经历的时间根据速度的正、负判断运动的方向，速度为正，表示物体沿正方向运动；速度为负，表示物体向负方向运动比较物体速度变化的快慢速度时间图象的倾斜程度反映了速度改变的快慢，倾斜程度越大，表示速度变化越快；反之越慢(3)图象法是处理实验数据的常用方法之一运用图象法处理数据有许多优点，例如，能比较直观地表达物理规律，能够减小偶然误差对结果的影响，能够较方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理量数值三、如何调整打点计时器？打点计时器打不出点时，首先要检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振片，振针打不到纸带上，可将压纸框向下压恢复其原来位置这种情况一般是由于操作不当

9、引起的检查打点计时器是否工作正常的方法是，将计时器接在4 V6 V交流电源上，将纸带穿过计时器，开启电源后观察振针是否在纸带上打出印记若没有打出印记，可能有两种情况：(1)说明振片没有工作在共振状态下可拧松螺钉，适当调整振片位置，紧固后观察振幅，若达到或接近共振状态即可正常工作(2)如果振片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直至打出点为止若振针过长，则振针打点时易出现短横线或双点，调节时要仔细题型一打点计时器的原理及使用【例1】使用打点计时器时，如果发现纸带上打出的点不清晰，那么可能是什么原因？如何采取措施？【解析】可从复写纸和打点两方面寻找原因点迹不清的原因及应采取的措施主要有：(1)复

10、写纸使用过久，可调整复写纸位置，或更换复写纸；(2)电源电压过低，导致打点太轻，可适当提高电源电压；(3)振针位置偏高，同样会导致打点太轻，可适当调低振针【答案】见解析规律总结：做实验时，难免会遇到仪器发生故障要注意培养自己发现问题、对症下药排除故障的能力，这也是一种基本的实验能力应用11在使用打点计时器前应检查()A所用电源是否符合要求B纸带是否平衡C打点周期的等时性是否良好 D复写纸安装是否正确解析：中学常用的电磁打点计时器所用的电源为46 V、50 Hz的交流电，如果电压过高会烧毁计时器的线圈，电压过低，会出现不打点或打点不清的情况；检查纸带是否平整很重要，如果纸带不平整就会出现两种情况

11、：漏点或点迹不清；点间距离不准一般来说使用的是专用纸带，比较平整，也要注意保持平整，如果出现褶皱，可以熨平后再用；复写纸应安装在纸带的上面，专用复写纸只有一面涂有复印油墨，有复印油墨的一面应和纸带接触；打点周期的等时性是打点计时器最重要的技术指标，也是对实验结果的准确程度影响最大的性能指标，如果打点等时性不好，会给实验带来很大的系统误差，因此实验前应认真检查答案：ABCD题型二利用纸带确定物体的运动情况【例2】如图143所示的四条纸带，是某同学练习使用打点计时器得到的纸带(纸带的左端先通过打点计时器)从点迹的分布情况可以断定：纸带_是匀速通过打点计时器的，纸带_是越走越快的，纸带_是开始越走越

12、快，后来又越走越慢的若所用电源的频率是50 Hz，图中D纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时_s，位移为_m，这段时间内纸带运动的平均速度是_m/s，BC段的平均速度是_m/s，AD段的平均速度是_m/s.【解析】速度是单位时间内物体所通过的位移纸带上每相邻两点间的时间间隔相等，因此物体匀速运动时，相邻两点间的距离相等，所以A、C纸带是匀速通过打点计时器的；B纸带相邻两点间距离越来越大，则速度越来越大，因此B纸带是越来越快地通过打点计时器的；D纸带相邻两点间的距离先变大，后变小，说明速度先变大后变小，因此D纸带是开始越来越快，后来又越来越慢所用电源的频率是50 Hz，则相邻两点间的时间

13、间隔为0.02 s，从A点到B点有两段时间间隔，所以时间为0.04 s，位移为0.27 m，这段时间的平均速度为 ，代入数值得平均速度为6.75 m/s.BC段的位移为22 cm，即0.22 m，所用时间为0.02 s，代入上式得平均速度为11 m/s，而AD段的位移为63 cm，即0.63 m，所用时间为0.08 s，代入上式得平均速度为7.88 m/s.【答案】A、CBD0.040.276.75117.88规律总结：对于打好点的纸带，首先要明确哪端与物体相连；其次是明确相邻点迹间的时间间隔是相等的，都是0.02 s；再次从相邻点迹间的间距可以粗略地描述物体运动速度的变化情况求平均速度，必须

14、明确是在哪段时间间隔内或哪段位移上的平均速度，笼统地讲平均速度是没有意义的应用21如图144所示是某位同学练习使用打点计时器得到的，纸带向左通过打点计时器，从点迹的分布情况可以看出：纸带_是匀速通过打点计时器的，纸带_是越走越快的，纸带_先是越走越快后来是越走越慢解析：从打点计时器打好的纸带看，每相邻两个点迹之间的时间间隔相等，图甲中纸带相邻的点迹间的距离相等，说明这条纸带是匀速运动的纸带乙的相邻的点迹间的距离越来越大，说明相等的时间内位移越来越大，说明物体的速度越来越快，纸带丙所描述的是相邻点迹间的距离先增加后减小，说明纸带运动是先快后慢的答案：甲乙丙应用22某同学在“测匀变速直线运动的加速

15、度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A，B，C，D，E，F，G共7个计数点，其相邻点间的距离如图145所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s试根据纸带上各个计数点间的距离计算AC间、DF间、DG间的平均速度题型三速度时间图象【例3】如图146所示是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出，各计数点到0点的距离如图所示求出各计数点的瞬时速度并画出vt图象【解析】1点是0和2间时间的中间时刻，求出0和2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出

16、.0和6两个点的瞬时速度不便求出然后画出图线，注意相邻计数点间的时间间隔T0.1 s.【答案】(1)v10.195 m/s；v20.40 m/s；v30.61 m/s；v40.69 m/s；v50.70 m/s(2)以0点为坐标原点建立直角坐标系，横坐标表示时间，纵坐标表示速度，根据第一问计算出来的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到vt图象如图147所示规律总结：在计算纸带上某个点的瞬时速度时，可以该点为中心，对称的选一段距离x，找出通过x所用的时间t，该点的瞬时速度即可表示为x/t.时间越短，平均速度越接近瞬时速度在计算打某点的瞬时速度时，一般在该点两侧取相等的时间t，用2t内的平均速度来代表该点的瞬时速度画vt图象的一般步骤为：建立速度时间坐标系，根据所求的瞬时速度选好标度，确定计时起点(本题以0点为计时起点)，描出对应时刻的速度，连线画出vt图象应用31图148表示甲、乙两物体从同一地点开始沿同一直线运动的速度时间图象(1)3 s内甲、乙两物体各如何运动？(2)3 s内甲、乙两物体的位移各多大？答案：(1)甲一直做匀速直线运动，乙在01 s内做匀速直线运动，12 s内静止不动，23 s内做反方向的匀速直线运动(2)甲的位移是：x甲v甲t53 m15 m.乙的位移是：x乙v乙t10v乙t2310310 m，即3 s内甲的位移是15 m，乙的位移是0 m.