1-4 实验：用打点计时器测速度.ppt

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1、1-41-4实验：用打点计时器实验：用打点计时器测速度测速度第一章第一章 运动的描述之四运动的描述之四一、实验目的一、实验目的1.1.练习使用电磁打点计时器或电火花计练习使用电磁打点计时器或电火花计时器时器.2.2.学会利用打上点的纸带研究物体运动学会利用打上点的纸带研究物体运动情况情况.二、实验原理二、实验原理 要了解一个物体的运动情况要了解一个物体的运动情况,必须要清必须要清楚物体在每一时间的速度楚物体在每一时间的速度,即瞬时速度即瞬时速度,但测但测瞬时速度并不是一件容易的事瞬时速度并不是一件容易的事,平均速度可平均速度可以粗略地描述物体的运动以粗略地描述物体的运动,用平均速度描述用平均速

2、度描述物体运动随着所取时间间隔的长短或者位移物体运动随着所取时间间隔的长短或者位移的大小对物体运动的描述的精确程度会有影的大小对物体运动的描述的精确程度会有影响响.根据定义如果要求不是很精确根据定义如果要求不是很精确,我们可以我们可以取较长的一段时间间隔取较长的一段时间间隔,从从t t时刻到时刻到t+tt+t时时间的粗略运动情况就清楚了间的粗略运动情况就清楚了.如果如果tt取得较短取得较短,那么对这个物体的运那么对这个物体的运动情况就比较准确的把握了动情况就比较准确的把握了,如果我们把一如果我们把一个物体的运动分成若干个小的时间间隔个物体的运动分成若干个小的时间间隔tt,每个小的时间间隔的平均

3、速度每个小的时间间隔的平均速度,我们要知道我们要知道的话的话,我就可以说我就可以说,这个物体的运动这个物体的运动,我们比我们比较准确的把握了较准确的把握了,怎样提供一个足够小的持怎样提供一个足够小的持续的时间间隔续的时间间隔tt呢呢?用手拖动纸带运动时用手拖动纸带运动时,另外一个人在固另外一个人在固定位置每隔定位置每隔1 1秒在纸带上打一个点秒在纸带上打一个点.这样就这样就在纸带上打出了一系列的点在纸带上打出了一系列的点.纸带每两个相纸带每两个相邻的点之间的时间间隔为邻的点之间的时间间隔为1 1秒秒,这样手运动这样手运动时在每一小段位移上的平均速度就可以测时在每一小段位移上的平均速度就可以测得

4、得,只要时间间隔取得足够小只要时间间隔取得足够小,手的运动就手的运动就完全可以比较精确的掌握完全可以比较精确的掌握.实际上我们是用实际上我们是用打点计时器来完成打点任务的打点计时器来完成打点任务的.三、打点计时器的原理和使用三、打点计时器的原理和使用（1 1）构造：）构造：（2 2）电源参数：）电源参数：工作电压：工作电压：交流交流4V-6V4V-6V频率：频率：50Hz50Hz，每隔每隔0.02s0.02s打一次点。打一次点。（3 3）工作原理）工作原理通入线圈电流周期性变化，使振片周期性振动通入线圈电流周期性变化，使振片周期性振动打点的时间间隔，与交流电的周期相同。打点的时间间隔，与交流电

5、的周期相同。1 1、电磁打点计时器、电磁打点计时器(4)(4)使用：使用：用限位孔限定纸带用限位孔限定纸带,复写纸压在纸带的上面复写纸压在纸带的上面.通电通电,振片带动振针打点振片带动振针打点.若纸带运动若纸带运动,其上就其上就会留下一行小点会留下一行小点.如由物体带动纸带运动如由物体带动纸带运动,物体的位移就对应物体的位移就对应为纸带上相应点间的距离为纸带上相应点间的距离,运动时间可由该距运动时间可由该距离上点痕的数目计算离上点痕的数目计算.2、电火花打点计时器、电火花打点计时器（1 1）构造：电火花计时器在纸带上打点的不）构造：电火花计时器在纸带上打点的不是振针和复写纸是振针和复写纸,而是

6、电火花和墨粉而是电火花和墨粉.负脉冲输出插座负脉冲输出插座(黑色黑色)正脉冲输出插座正脉冲输出插座(红色红色)脉冲输出开关脉冲输出开关;墨粉纸盘墨粉纸盘;纸带纸带;弹性卡弹性卡;纸盘轴纸盘轴;压纸条压纸条;电源插头电源插头.（2 2）电源参数：）电源参数：工作电压：工作电压：交流电交流电220V220V频率：频率：50Hz50Hz，每隔每隔0.02s0.02s打一次点。打一次点。（3 3）原理：）原理：用墨粉和电火花打点。纸带在墨粉盘下用墨粉和电火花打点。纸带在墨粉盘下面，当按下脉冲输出开关时会产生高温面，当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花，高温电火花可以使墨粉汽化在电火花，高温电火花可以使

7、墨粉汽化在纸带上纸带上 。(4)(4)使用使用 使用时使用时使用时使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上墨粉纸盘套在纸盘轴上墨粉纸盘套在纸盘轴上墨粉纸盘套在纸盘轴上,把纸带穿过限位把纸带穿过限位把纸带穿过限位把纸带穿过限位孔孔孔孔.当接通电源、按下脉冲输出开关时当接通电源、按下脉冲输出开关时当接通电源、按下脉冲输出开关时当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出计时器发出计时器发出计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火产生火产生火产生火花放电花放电花放电花放电,于是在运动的纸带上就

8、打出一行点迹于是在运动的纸带上就打出一行点迹于是在运动的纸带上就打出一行点迹于是在运动的纸带上就打出一行点迹.电火花计时器工作时电火花计时器工作时电火花计时器工作时电火花计时器工作时,纸带运动时受到的阻力较纸带运动时受到的阻力较纸带运动时受到的阻力较纸带运动时受到的阻力较小小小小,此电磁打点计时器实验误差小此电磁打点计时器实验误差小此电磁打点计时器实验误差小此电磁打点计时器实验误差小.打在纸带上的点打在纸带上的点打在纸带上的点打在纸带上的点记录了纸带的运动时间和运动情况记录了纸带的运动时间和运动情况记录了纸带的运动时间和运动情况记录了纸带的运动时间和运动情况,如果把物体跟如果把物体跟如果把物体

9、跟如果把物体跟纸带连在一起纸带连在一起纸带连在一起纸带连在一起,纸带上的点就相应地表示了物体运纸带上的点就相应地表示了物体运纸带上的点就相应地表示了物体运纸带上的点就相应地表示了物体运动的相关信息动的相关信息动的相关信息动的相关信息.从而研究物体的运动情况从而研究物体的运动情况从而研究物体的运动情况从而研究物体的运动情况.四、打点计时器的作用四、打点计时器的作用 1 1、记录时间、记录时间 (电源频率电源频率50Hz50Hz，每隔，每隔 秒打一个秒打一个点点)2 2、记录位移、记录位移 3 3、研究纸带、研究纸带 研究物体运动研究物体运动0.020.024 4、根据纸带分析物体运动情况并能计算

10、平均、根据纸带分析物体运动情况并能计算平均速度速度.(1)(1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02 0.02 s(s(电源频率为电源频率为50 Hz),50 Hz),所以点迹密集的地方所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小表示纸带运动的速度小.(2)(2)根据根据v=v=x/x/t t求出在任意两点间的平均求出在任意两点间的平均速度速度,这里这里xx可以用直尺测量出两点间的距可以用直尺测量出两点间的距离离,tt为两点间的时间间隔数与为两点间的时间间隔数与0.02 s0.02 s的乘的乘积积.这里必须明确所求的是哪两点之间的平这里必须明确所求的是哪两点之间的

11、平均速度均速度.（3 3）计算变速直线运动中某段的平均速度）计算变速直线运动中某段的平均速度0 A B C D EX1X2X3X4X5XXXXX 5.5.粗略计算瞬时速度粗略计算瞬时速度 某点某点F F的瞬时速度可以粗略地由包含的瞬时速度可以粗略地由包含F F点在内点在内的两点间的平均速度来表示的两点间的平均速度来表示.如下图所示如下图所示,v vF F EGEG或或v vF F DHDH.头脑风暴如何测出如何测出E E点点的瞬时速度？的瞬时速度？D DF FD DF FD D F F原则：准确性 可行性用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间内的某

12、点的瞬时速度内的某点的瞬时速度.所取的时间间隔越接近该点所取的时间间隔越接近该点计算出的瞬时速度就越精确计算出的瞬时速度就越精确.0 0 A A B B C D E C D E测瞬时速度测瞬时速度基本思路：一段时间内的平均速度近似表示基本思路：一段时间内的平均速度近似表示某一时刻的瞬时速度。某一时刻的瞬时速度。以上两式表示一段时间内的平均速度等于中以上两式表示一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。间时刻的瞬时速度。O A B C D2.505.498.9913.01 纸带在几个时刻的瞬时速度纸带在几个时刻的瞬时速度位置位置OABCD0.4580.5410.627单位 cm 如图是研究匀变

13、速直线运动实验中打点计时如图是研究匀变速直线运动实验中打点计时器打出的纸带，每器打出的纸带，每5 5个打点选一个计数点，各个打点选一个计数点，各计数点对应在刻度尺上的示数已在图中示出，计数点对应在刻度尺上的示数已在图中示出，单位是单位是cmcm，交流电源，交流电源50Hz50Hz。计数点间隔时间。计数点间隔时间为为T=T=，VcVc=，0.10 s0.20 m/s 纸带在几段时间中的平均速度纸带在几段时间中的平均速度0 01 12 23 34 45 56 67 77.407.409.459.4511.4011.4013.4713.4715.6515.6517.6517.6519.6019.60

14、20.0320.030.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.3700.3700.4730.4730.5700.5700.6740.6740.7830.7830.8830.8830.9800.9801.001.00V 0.370 0.4730.5700.6740.7830.8830.9801.000 1 2 3 4 5 6 7t/10-1sv/(ms-1)1.00.80.60.40.2五、实验步骤：五、实验步骤：1.1.把打点计时器固定在桌子上把打点计时器固定在桌子上,纸带穿过限位纸带穿过限位孔孔,把复写纸套在定位轴上把复写纸套在定位轴

15、上,并压在纸带上并压在纸带上面面.2.2.把打点计时器的两个接线柱接到把打点计时器的两个接线柱接到6 V6 V的低压的低压交流电源上交流电源上.3.3.接通电源开关接通电源开关,用手水平拉动纸带用手水平拉动纸带,使它在使它在水平方向上运动水平方向上运动,纸带上打下一系列点纸带上打下一系列点.4.4.取下纸带取下纸带,从能看清的某个点数起从能看清的某个点数起,数一下纸数一下纸带上有多少个点带上有多少个点;打下这些点打下这些点,纸带的运动时纸带的运动时间间t t是多少是多少;用直尺量出打下这些点纸带通过用直尺量出打下这些点纸带通过的距离的距离x x是多少是多少;利用公式利用公式 算出纸带在算出纸带

16、在这段时间内的平均速度这段时间内的平均速度.5.5.得出每段的平均速度得出每段的平均速度,在要求不是很精确的情在要求不是很精确的情况下况下,此值就可以认为是该段上任一点的瞬时此值就可以认为是该段上任一点的瞬时速度速度.6.6.在纸带上找出连续的在纸带上找出连续的6 6个点个点,分别标上记号分别标上记号A A、B B、C C、D D、E E、F F,如图所示如图所示,用直尺量出相邻用直尺量出相邻的两个点间的距离的两个点间的距离,记作记作x x1 1,x,x2 2,x,x3 3,x,x4 4,x,x5 5,把数把数据填入下表据填入下表,根据这些数据判断纸带的这段根据这些数据判断纸带的这段运动是匀速

17、运动运动是匀速运动,还是变速运动并说明理由还是变速运动并说明理由.A A A A和和和和B B B B的距的距的距的距离离离离x x x x1 1 1 1(m)(m)(m)(m)B B B B和和和和C C C C的距的距的距的距离离离离x x x x2 2 2 2(m)(m)(m)(m)C C C C和和和和D D D D的距的距的距的距离离离离x x x x3 3 3 3(m)(m)(m)(m)D D D D和和和和E E E E的距的距的距的距离离离离x x x x4 4 4 4(m)(m)(m)(m)E E E E和和和和F F F F的距的距的距的距离离离离x x x x5 5 5

18、5(m)(m)(m)(m)六、实验操作注意事项六、实验操作注意事项1.1.电源电压要符合要求电源电压要符合要求,电磁打点计时器应使电磁打点计时器应使用用6 V6 V以下交流电源以下交流电源;电火花计时器使用电火花计时器使用220 220 V V交流电源交流电源.2.2.实验前要检查打点的稳定性和清晰程度实验前要检查打点的稳定性和清晰程度,必必要时要进行调整或更换器材要时要进行调整或更换器材.3.3.使用打点计时器应先接通电源使用打点计时器应先接通电源,待打点计时待打点计时器稳定时再用手拉纸带器稳定时再用手拉纸带.4.4.手拉纸带时手拉纸带时,速度应快一些速度应快一些,以防点迹太密集以防点迹太密

19、集.七、利用七、利用v-tv-t图象分析实验数据图象分析实验数据 1.v-t 1.v-t图象：图象：在平面直角坐标系中在平面直角坐标系中,用纵轴表示速度用纵轴表示速度,横横轴表示时间轴表示时间,图象中任一点表示某时刻的速图象中任一点表示某时刻的速度度,得到速度得到速度时间图象时间图象(v-tv-t图象图象)简称速简称速度图象度图象.2.v-t 2.v-t图象的意义图象的意义 v-t v-t图象反映的是运动物体图象反映的是运动物体,速度随时间的速度随时间的变化关系变化关系,它并不是物体的运动轨迹它并不是物体的运动轨迹.3.3.匀速直线运动的匀速直线运动的v-tv-t图象图象(1)(1)匀速直线运

20、动的匀速直线运动的v-tv-t图象是与时间轴平行图象是与时间轴平行的直线如右图所示的直线如右图所示.(2)(2)速度不同的匀速直速度不同的匀速直 线运动的线运动的v-tv-t图象图象,是是不同的平行时间不同的平行时间t t轴的轴的直线直线,它们在纵轴的截它们在纵轴的截距表示速度距表示速度,截距越大截距越大,速度越大速度越大,如图中如图中v va avvb b.(3)(3)匀速直线运动的图线与时间轴所围的面积匀速直线运动的图线与时间轴所围的面积表示该段时间内物体的位移表示该段时间内物体的位移,如图中阴影部如图中阴影部分面积分面积S=vS=va a.t,vt,va a.t t恰好是物体在恰好是物体

21、在t t时间内的时间内的位移位移,即即S=x=vS=x=va a.t t.4 4、用、用v-tv-t图象描述纸带的运动：图象描述纸带的运动：以速度以速度v v为纵轴为纵轴,时间时间t t为横轴为横轴,建立直角坐标建立直角坐标系系,用各点迹上对应的时间和瞬时速度描点用各点迹上对应的时间和瞬时速度描点,用一条平滑的曲线将这些点连结起来用一条平滑的曲线将这些点连结起来,即可即可用用v-tv-t图象分析速度随时间变化的规律图象分析速度随时间变化的规律.八八、用图像表示速度用图像表示速度1 1、图像特点：直观、图像特点：直观2 2、常用作图法、常用作图法 （1 1）描点作图）描点作图 （2 2）据函数关

22、系式作图）据函数关系式作图3 3、作图步骤、作图步骤 （1 1）建立坐标系）建立坐标系 （2 2）描点）描点 （3 3）作图）作图少了什少了什少了什少了什么？么？么？么？头脑风暴是折线，还是曲线？是折线，还是曲线？4 4、速度时间图像（、速度时间图像（V-tV-t）手是如何运手是如何运动的？动的？课堂练习课堂练习1 1、对纸带上的电迹说法正确的是？、对纸带上的电迹说法正确的是？A A、点迹记录了物体运动的时间。、点迹记录了物体运动的时间。B B、点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况。、点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况。C C、点迹在纸带上的分布情况，反映了物体的体积和大小。、点迹在纸带上的分布情况，反映了物体的体积和大小。D D、点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移。、点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移。(ABD)2.2.2.2.打出的点迹不够清晰的原因可能是？打出的点迹不够清晰的原因可能是？打出的点迹不够清晰的原因可能是？打出的点迹不够清晰的原因可能是？A A、电源电压偏低、电源电压偏低 B B、永磁体磁性不足、永磁体磁性不足C C、振针位置过高、振针位置过高 D D、复写纸陈旧、复写纸陈旧E E、振动片不在永磁体的中央、振动片不在永磁体的中央(ABCDE)作业：作业：完成实验报告完成实验报告