1.4 实验用打点计时器测速度
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题的方法,领悟如何间接测一些不能直接测量物理量的方法。
【教学工具】【自主学习】指导学生完成“知识体系梳理”【新知探究】测定物体的运动速度并不是一件容易的事,特别是物体的速度在不断变化时。
为了简化,我们今天只研究物体的直线运动。
当物体沿直线运动时,其位移在不断变化,要研究物体的运动,我们首先要准确记录物体的运动信息。
怎样记录呢?打点计时器是高中阶段学习的一个重要的计时仪器,通过本节课的学习要掌握打点计时器的工作原理和操作方法为后面对打点计时器的应用打下良好的基础。
一、电磁打点计时器1.构造电磁打点计时器构造如下图所示。
其工作电压为交流电46V。
当电源频率为50Hz,它每隔0.02s打一次点,即打点周期为0.02s。
2.打点原理如上图所示,通电以前,把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。
当接通电源时,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来。
位于振片一端的振针就跟着上下振动起来。
这时,如果纸带运动,振针就在纸带上打出一系列的小点。
3.使用方法及注意事项(1)要在满足电磁打点计时器所需电源,工作电压、频率要求下使用。
(2)使用前应检查打点的清晰程度。
(3)在使用打点计时器时,纸带位置要放正,释放纸带时,要使纸带自始至终与打点计时器基板平面平行,让其紧贴基板移动,要尽量不让纸带在移动过程中与限位孔的侧壁相碰,以减小因摩擦而造成的误差。
(4)在使用打点计时器时,应先接通电源,待打点计时器工作稳定时,再放开纸带。
(5)打点计时器属间歇性工作仪器。
每打完一条纸带,应及时切断电源,防止线圈长时间通电过热而损坏。
二、电火花计时器1.构造电火花计时器的构造如下图(甲)所示。
主要由脉冲输出开关、正负脉冲输出插座、墨粉纸盘、纸盘轴等构成。
其工作电压为交流220V,当电源频率为50Hz时,它每隔0.02s打一次点,电火花计时T 。
器的打点周期为0.02s2.计时原理电火花计时器装置中有一将正弦式交变电流转换为脉冲式交变电流的装置。
1
高 一 物 理 实 验 报 告
1.4实验:用打点计时器测速度
一.打点计时器的原理
如右图示,当线圈通以50赫6-8伏交流电时(我国交流电的频率为50赫),线圈产生的交变磁场使振动片(由弹簧钢制成)磁化,振动片的一端位于永久磁铁的磁场中。
由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化,在永久磁铁的磁场作用下,振动片将上下振动,
其振动周期与线圈中的电流变化周期一致,振动片的一端装有打点针,当纸带从针尖下通过时。
便打上一系列点。
这就是打点计时器的原理。
f=50hz T=1s/50=0.02s
二.实验步骤
1、把打点计时器接到低压交流电源上,电压旋钮打到6-8伏位置。
2、安装好纸带。
3、启动电源,用手水平地拉动纸带,在纸带上打出一系列小点,然后迅速关闭电源。
4、取下纸带,进行测量。
①测平均速度:
Δx= Δt= x
v t
∆==∆ ②测瞬时速度
如图示意,4、6两点的时间极短,故可以将4、6两点间的
位移Δx 除以对应时间Δt 近似认为是5点的瞬时速度V 5。
如此下去,测出各点的瞬时速度。
请根据你实际打出的纸带进行测量,并将数据记在表格中,完成计算。
计数点
1 2 3 4 5 6 与计数点对应的时刻 t /s 与计数点相邻的两点间距离Δx/m 与计数点相邻的两点间平均速度 计数点的瞬时速度V
③作v-t 图象?
Δx
0 2 3 1 7
贴
纸
带
位
置
t/s
V /(m.s -1)。
1.4实验:用打点计时器测速度班级:组别:姓名:【学习目标】1.了解打点计时器的计时原理,理解纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移).2.会安装并使用打点计时器,理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度.3.明确速度一时间图象的物理意义,描点法画图象的方法,并画出该实验中的速度一时间图象,【学习重点】1.学会使用打点计时器.2.能根据纸带计算物体运动的瞬时速度.3.会用描点法描绘物体的速度一时间图象,并从中获取物理信息.【学习难点】处理纸带的方法,用描点法画图象的能力.【自主学习】一、电磁打点计时器观察打点计时器并阅读教材,了解电磁打点计时器的结构、工作原理及使用方法.1、电磁打点计时器的电源应是________电源,通常的工作电压为________伏,当电源的频率为50Hz时,每隔________秒打一次点,【思考与交流】电磁打点计时器使用低压交流电源工作,大家想一想能不能使用直流电源,为什么?二、电火花计时器观察打点计时器并阅读说明书了解电火花打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.1、电火花计时器通常的工作电压为________伏,当电源的频率为50Hz时,振针每隔 s打一次点三.练习使用打点计时器学生自主阅读教材中的实验步骤提示.学生动手练习使用打点计时器四、用打点计时器测量瞬时速度实例:如图,测量出包括E点在内的D,F两点间的位移△x和时间△t,算出纸带在这两点间的平均速度v=△x/△t,用这个平均速度代表纸带经过E 点时的瞬时速度.△x/△t可以大致表示正点的瞬时速度,D、F两点离E点越近,算出的平均速度越接近正点的瞬时速度.然而D,F两点距离过小则测量误差增大,应该根据实际情况选取这两个点.学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法,选择合适的计数点,测量包含这根据v=△x/△t算出刚填完的表1中各点附近的平均速度,把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度,填下表.从该表中能粗略看出手拉纸带运动的速五、用图象表示速度问题:刚才我们从表2中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带运动的速度变化情况,图象是表示变化规律的好方法,我们可以用图象来描述物体的速度变化情况,那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢?请同学们先看课文并回答.学生具体操作描点.学生用打点计时器测得数据作出图象一一速度时间图象,可以从这些点的走向大致看出纸带速度的变化规律.更形象直观地显示自己手拉纸带的运动速度变化情况.【合作探究】百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗?如果有变化,你估计是怎样变化的?某位运动员的百米赛跑的成绩是10.57s,按照你的估计画出他在这段时间的v—t图象的草图.如果是没有受过训练的同学跑百米,他的v—t图象的形状可能有什么不同?【反思小结】速度时间图的应用:1、根据v-t图像确定物体的运动状态:a、图线是平行于t轴的直线表示物体进行匀速直线运动b、图线是倾斜的直线表示物体在进行匀变速直线运动c、图线是一般的曲线表示物体进行一般的变速运动2、确定任意时刻的速度。
第四节 实验:用打点计时器测速度一、实验目的1、 了解打点计时器的基本构成,知道其计时原理并学会应用2、 根据纸带上的点分析速度的变化情况,学会测定平均速度3、 学会用图像表示速度的变化规律的方法二、实验原理两种打点计时器当接通50Hz 的交流电时,都是每隔0.02s 打一次点。
当纸带跟运动物体连在一起时,打点计时器打在纸带上的点就相应地表示了物体在不同时刻的位置,纸带上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移,根据平均速度的定义式t x v ∆∆=,当t ∆很短时,就可以认为t x∆∆等于t 时刻的瞬时速度。
三、实验器材打点计时器、低压电源、纸带、刻度尺、导线等(详见导学案第四节第1页)四、实验步骤实验准备1、 把打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过限位孔,压在复写纸的下面。
2、 把打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源的接线柱相连接。
实验进行3、 打开电源开关,用手水平地拉动纸带使它在水平方向上运动,纸带上就打下一系列的点。
4、 多打几条纸带,并且注意打点之后立即关闭电源。
数据处理5、 在几条纸带中挑选一条理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,找一个点做为开始点,然后每五个点(或每隔四个点)取一个计数点(每两相邻的计数点之间的时间间隔就是0.1秒)6、 利用公式t xv ∆∆=,计算出纸带在这段时间内的平均速度,如果时间极短的话,就是中间时刻的瞬时速度。
五、数据处理① 表格法② 图像法(t v -图像)1、 图像的获得:以速度为纵轴,以时间为横轴,在方格纸上建立直角坐标系,根据测得速度在坐标系中描点,并用平滑的曲线连接,就得到了t v -图像。
2、 反映的物理量:① 任一时刻速度的大小② 任一时刻速度的方向,也就是速度的±表示了运动的方向③ 速度随时间的变化情况④特别说明:匀速直线运动的图像是一条平行于t轴的直线3、tv 图像六、注意事项1、电源电压符合要求,电磁打点计时器使用6V以下交流电源;电火花计时器使用220V交流电源。
§1.4实验:用打点计时器测速度一、三维目标知识与技能1. 理解打点计时器的计时原理,理解纸带中包含的物体运动的信息(时间和位移)2. 会安装并使用打点计时器,理解利用纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度3. 明确速度---时间图象的物理意义,描点法画图象的方法,并画出该实验的速度---时间图象1. 通过学生自己看打点计时器的说明书,培养学生独立学习的水平2. 通过实验得出物体的运动信息,用数学的方法表述出来.培养学生获取信息处理信息的水平,体会处理问题的方法,领悟如何间接测量一些不能直接测量的物理量的方法3. 通过画速度---时间图象培养学生用图象法处理数据的水平,体验数学工具在物理发展中的作用4. 体验实验中理性思维的重要,即要动手,又要动脑5. 经历科学探究过程理解科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物体的运动情感态度价值观1. 感受打点计时器的巧妙设计思路,体会物理原理在解决实际问题中的指导作用,增强将物理知识应用于实际生活的意识2. 经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛与喜悦,并乐于探索自然界的奥秘3. 体验用图象方法描绘物理现象的乐趣,培养学生用数学方法处理物理问题的意识4. 培养学生的交流与合作精神,有将自己的见解与他人交流的愿望,并养成尊重他人的习惯二、教学重点1. 学会使用打点计时器2. 能根据纸带计算物体运动的瞬时速度3. 会用描点法描绘物体的速度---时间图象,并从中获取物理信息三、教学难点处理纸带的方法,用描点法画图象的水平教具准备课件投影仪幻灯片课时安排2课时第1课时四、教学设计[新课导入](5分钟)测定物体的运动速度并不是一件容易的事,特别是物体的速度在持续变化时.为了简化我们今天只研究物体的直线运动.当物体沿直线运动时,其位移在持续变化,要研究物体的运动,我们首先要准确记录物体的运动信息.怎样记录呢?课堂活动请同桌的两位同学合作用彩笔和纸带模拟打点计时器.思考1. 彩笔打出的点能不能准确记录纸带的位置?2. 在打点时间间隔大致相同的情况下,纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有无影响? 学生讨论:总结:彩笔打出的点能够记录纸带的位置.但在打点时间间隔大致相同的情况下,纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有影响(拉的越慢纸带上点越密,反之就会越稀疏)考虑到用手打点的时间间隔不能准确相等,所以无法准确测定物体的运动速度.原因在哪? 生:原因出在用手打点时的时间间隔不能严格相等,要是有一台打点时间间隔严格相等的仪器问题就能够解决了.新课教学(25分钟)师:我们今天要介绍的打点计时器就是能够精确记录时间间隔和位移的仪器.一电磁打点计时器1.振片 2。
第四节实验:用打点计时器测速度学习目标(一)课程要求1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本结构,理解其基本工作原理。
2.经历使用打点计时器的过程,能正确、熟练地使用打点计时器。
3.会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。
理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法,会用这种方法计算瞬时速度。
4.能运用实验数据描绘v-t图象,并根据画出的图象描绘物体运动速度的变化特点。
(二)重、难点重点:1.打点计时器的使用方法。
2.会计算物体的平均速度和纸带上各点的瞬时速度。
难点:各点瞬时速度的计算强化基础1.下列关于电磁打点计时器的说法中正确的是()A. 必须使用低压交流电源B.可以使用低压交流电源也可以使用低压直流电源C. 当电源频率为50HZ时,打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02sD. 当电源频率为50HZ时,打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.1s2.关于打点计时器打点时间间隔的长短,下列说法正确的是( )A. 电源电压越高,打点计时器通过的电流越强,计时器打点速度就会越快,每打两个点的时间间隔就会越短B. 手拉纸带速度越大,纸带运动越快,计时器打点速度就会越快,每打两个点所需时间间隔就会越短C. 打点计时器每打两个点的时间间隔由电源的频率决定,与电源电压的高低和纸带的运动速度的大小均无关D. 以上都不对3.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列关于纸带上点迹的说法中,哪些是正确的 ( )A. 点迹记录了物体运动的时间B. 点迹记录了物体在不同时刻的对应位置和某段时间内的位移C. 根据点迹在纸带上的分布情况,可以近似求出某点的瞬时速度D. 纸带上点迹的分布情况,反映物体的运动情况图1所示,则下列判断正确的是()A.B、C两物体具有相同的初速度B.B、C两物体一定从同一点出发图1C.A物体做匀速直线运动D. A、B、C三个物体的运动方向都相同5.关于“用打点计时器测速度”的实验说法正确的有A.使用打点计时器时,拉动纸带的方向应与限位孔平行B.使用打点计时器时,应先拉动纸带,再接通电源C.无论使用电磁打点计时器还是电火花打点计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面D.使用打点计时器时,应先将打点计时器进行固定F.在测量计数点间长度的时候,要用刻度尺一次测量多个数据,不要一段一段的测量,以减少误差6.某次实验中,打点计时器使用交流电的频率为50Hz,打出的纸带如图2所示,图中O点为纸带的第一个点,接下来的几个点模糊,因此从较为清晰的A点开始,每五个点取一个计数点。
实验:用打点计时器测速度教学目标一、知识与技能1. 了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成,知道打点计时器的计时原理,并学会使用打点计时器。
2. 通过实例学会根据纸带上的点分析速度的变化情况,并学会测定平均速度。
3. 通过实例学会用打点计时器测量瞬时速度。
4. 学会用图象表示速度变化规律的方法,理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。
二、过程与方法1.通过学生自己看打点计时器的说明书,培养学生独立学习的能力。
2.通过实验得出物体的运动信息,用数学方法表述出来。
培养学生获取信息、处理信息的能力,体会处理问题的方法,领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。
3.通过画速度—时间图象培养学生用图象法处理数据的能力,体验数学工具在物理发展中的作用。
三、情感、态度与价值观1. 体验实验中理性思维的重要,既要动手,又要动脑。
2. 感受打点计时器的巧妙设计思路,体会物理原理在解决实际问题中的指导作用,增强将物理知识应用于实际生活的意识。
3. 经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛与喜悦,并乐于探索自然界的奥秘。
考点同步解读高考中对本节内容很少单独命题,往往与后续学习的内容综合起来考察,涉及的内容主要有应用打点计时器研究物体的运动,运用v-t图像描述物体的运动等,作为后续学习的重要基础,同学的应牢固掌握本节内容。
1.利用打点纸带研究物体的运动2.应用图像描述物体的运动核心素养聚焦1.了解电磁打点计时器,电火花计时器的基本结构,理解其基本工作原理。
2.经历使用打点计时器的过程,能正确、熟练地使用打点计时器。
3.会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。
理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法,会用这种方法计算顺序速度。
4.是运用实验数据画出v-t图像,并会根据画出的图像描述物体运动速度的变化特点。
教学重点1. 学会使用打点计时器。
2. 能根据纸带计算物体运动的瞬时速度。
3. 会用描点法描绘物体的速度—时间图象,并从中获取物理信息。
1.4 实验:用打点计时器测速度(同步练习)(解析版)一、单选题(本大题共15小题)1.打点计时器打点的周期,决定于()A. 交流电压的高低B. 交流电的频率;C. 永久磁铁的磁性强弱;D. 振针与复写纸间的距离.【答案】B【解析】本题考查了打点计时器;对于基本仪器的使用和工作原理,我们不仅从理论上学习它,还要从实践上去了解它,自己动手去做做,以加强基本仪器的了解和使用。
了解打点计时器的构造、工作原理、工作特点等,比如工作电压、打点周期等。
【解答】打点计时器的打点周期决定于交变电流的频率;故ACD错误,B正确。
故选B。
2.如图,某次实验得到一条纸带,A,B,C,D,E分别表示纸带上连续打印的点,打点计时器所用的电源频率为50Hz,根据图示数据可知()A. 纸带做匀速运动B. 相邻两点的时间间隔为0.1sC. 打B点时纸带的瞬时速度为0.31m/sD. A与C之间纸带平均速度为1.56m/s【答案】D【解析】A.根据相等时间内的位移之差是否为零,即可判定纸带能否匀速运动;B.根据频率为50Hz,从而确定相邻两计数点的时间间隔;C.根据平均速度的定义求解AC段的平均速度;D.根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小。
要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用.注意单位的换算。
A.由纸带可知,BC=6.24cm−2.92cm=3.32cm;CD=9.95cm−6.24cm=3.71cm;在任意相等的时间内,位移不相等,则纸带不是匀速运动,故A错误;B.由于电源频率为50Hz,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.02s,故B错误;C.根据平均速度的定义得AC段的平均速度v AC=x AC tAC =0.06242×0.02m/s=1.56m/s,故C错误;D.根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小,v B=v AC=1.56m/s,故D正确;故选D。
第4课时实验:用打点计时器测速度班级:姓名:小组:【学习目标】了解打点计时器的计时原理,理解纸带中包含的物体运动的信息【学习重点】理解纸带中包含的物体运动的信息【学习难点】理解纸带中包含的物体运动的信息【自主学习】1、电磁打点计时器是一种使用_______电源的计时仪器,它的工作电压是______V,当电源频率是50Hz 时,它每隔______s打一次点。
2、使用电磁打点计时器时,纸带应穿过________ ,复写纸应套在________上,并要放在纸带的______面,打点时应先________ ,再让纸带运动。
3、电火花打点计时器使用交流________V电源工作,它是利用____________________而在纸带上显示点迹的计时仪器。
工作电源频率是50Hz,如果用它测量时,工作电压的频率变为60Hz,但仍按50Hz的频率计算,这样算出的速度值与物体速度的真实值相比将__________(填“偏大”或“偏小”)4、(如上图)怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?如果纸带上的点迹分布不均匀,那么,点密集的地方表示运动的速度较大还是较小?5、用接在50 Hz 交流电源上的打点计时器,测定小车速度,某次实验中得到一条纸带,如下图所示,从比较清晰的点起,每五个打印点取一个记数点,分别标明0、l、2、3、4……,量得1与2两点间距离x1=30mm,2与3两点间的距离x2=36mm,则小车在1与2两点间和2与3两点间的平均速度各为多大?小车在点2的瞬时速度大约是多少?6、阅读课本P21用图像表示速度7、完成P24 问题与练习第3题四、巩固训练1.对纸带上的点迹说法正确的是()A.点迹记录了物体运动的时间B.点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况C.点迹越密集,说明物体运动越快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2.采取下列哪些措施,有利于减少纸带因受摩擦而产生的误差()A.改用6v直流电源B.电源电压越低越好C.用平整的纸带,不用皱折的纸带D.纸带理顺摊平,不让它卷曲、歪斜3.用电磁打点计时器打出的点迹不够清晰的原因可能是()A.电源电压偏低B.永磁体磁性不足C.振针位置过高D.复写纸陈旧E.振动片不在永磁体的中央4.一同学在使用打点计时器时,纸带上打出的不是圆点而是一些短线,这可能的原因是A.接在直流电源上B.电源电压不稳定C.电源频率不稳定D.打点针压得过紧。
1.4实验:用打点计时器测量小车的速度一、实验目的1.进一步练习使用打点计时器,通过纸带上打出的点测量瞬时速度.2.通过实验获取数据,利用图像处理实验数据.二、实验原理纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平(Δt趋近于0),用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度.均速度表示,即根据v̅=∆x∆t三、实验器材电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、学生电源(电火花打点计时器使用220 V交流电源)、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、重物、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等.四、实验操作1.安装实验器材.把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一边,纸带前端固定在小车后部,然后穿过打点计时器,小车前端的细绳穿过定滑轮垂下,如图所示.2.使小车在木板上保持静止,并靠近打点计时器,开启打点计时器的电源开关.打点计时器稳定工作后,用手拉动细绳,使小车沿木板做直线运动.待小车运动约一半距离时,松开手,使小车依靠惯性继续运动,直到左端.纸带上会留下一系列点迹.注:①计时点和计数点的比较a计时点是打点计时器在纸带上打出来的点.b计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点.选择点迹清晰的点开始,通常每5个计时点取一个计数点,相邻计数点的时间间隔为0.1 s.②打点纸带的数据如何测量误差更小测量各段距离时,用长尺一次性完成较好,以减小实验误差,不要用短尺分段测量.五、处理数据1.在纸带上选取一段点迹清晰并且没有重叠的区间,把第1个点标为O ,而后依次标为A 、B 、C 、D 、E ……,如图1-4-2所示2.用刻度尺测量出各点的位置(一般使刻度尺的零刻度线与0点对齐,即0点的位置记为0),并记录在表中.3.计算两相邻计时点间的位移x OA 、x AB 、 x BC 、x CD ……并记录在表中.4.利用公式v̅=∆x∆t (Δt 趋近于0)计算纸带上各相邻计时点间的平均速度,v̅O A 、v̅A B 、v̅B C 、v̅C D …….5.(1)根据v ̅=∆x∆t (Δt 趋近于0)计算出的速度可以代表在Δx 这一段位移内任意一点的瞬时速度,这里我们用相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(例如把oA v 当作o v ),将数据填入表中.(2)利用v t图像分析物体的运动:用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系.根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到v t图像.六、误差分析1.打点计时器打点周期不稳定.2.根据纸带测出的位移存在偶然误差.注:系统误差和偶然误差(1)系统误差a来源:实验原理不够完善,实验仪器不够精确,实验方法粗略.b特点:实验结果与真实值的偏差总是偏大或偏小.c减小方法:优化实验原理,提高实验仪器的测量精确度,设计更精巧的实验方法.(2)偶然误差a来源:偶然误差是由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的.例如,用刻度尺多次测量长度时估读值的差异,电源电压的波动引起测量值的微小变化等.b特点:多次重复测量时,偶然误差有时偏大,有时偏小,且偏大和偏小的概率比较接近.c减小方法:多次测量取平均值可以减小偶然误差.六、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.使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再释放小车.3.使用电火花打点计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方;使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面.4.使用电磁打点计时器时,如打出点较轻或是短线,应调整振针距复写纸的高度.5.打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源.6.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(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位.。
第四节 实验:用打点计时器测速度【基础知识】1.打点计时器有两种,一种是电磁打点计时器,一种是电火花计时器,它是一种记录时间与相等时间间隔内位移大小的仪器。
2.电磁打点计时器使用交流电源,由学生电源供电,工作电压在6V 以下,一般为4~6V 。
当电源的频率是50H z 时,它每隔0.02S 打一个点。
3.如图所示是电磁打点计时器的构造示意图,其中A 是接线柱,B 是线圈,C 是振片,D 是永久磁铁,G 定位孔,H 是复写纸,I 是纸片。
4.当电源频率是50H z 时,打点计时器打点的时间间隔是0.02S 。
因此,打在纸带上的点,记录了纸带运动的时间,如果把纸带与运动物体连接在一起,纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。
研究纸带上的点之间的间隔,就可以了解运动物体在不同时间里发生的位移,从而了解物体运动的情况。
5.安装打点计时器,应注意将其固定牢固,且应注意将复写纸套在定位轴上,并压在纸带上方,复写纸涂有复印油墨的一面应向下放置。
6.利用打点计时器进行实验的过程中,用手拉动纸带的速度不要太小,拉动要沿水平方向,保证纸带不与限位孔的边缘相擦,直到将纸带全部拉出。
【学法指导】一、疑难分析1.电磁打点计时器的工作原理:它是利用通过电磁打点在纸带上打出点迹的一种仪器;电火花计时器利用火花放电的计时仪器。
当交流电源频率为50Hz 时,它每隔0.02s 打一个点,所以,在纸带上我们均能计算出它们的打点时间,其时间等于打点间隔数与0.02s 的乘积。
.2.利用纸带上记录的位移计算瞬时速度方法如图所示,当t ∆很短时,B 、D 之间的平均速度可以近似地看成是打C 点时的瞬时速度,即BD C v v ≈,当纸带是被物体拉着做匀变速直线运动时,某段时间内的时间中点的速度等于这段时间内的平均速度,即:BD C v v =。
二、典型例题(一)打点计时器的基本概念打点计时器是一种重要的力学实验仪器,弄清它的工作原理、结构是正确操作的前提。
1.4 实验:用打点计时器测速度[目标定位] 1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理,学会使用打点计时器.2.掌握测瞬时速度的方法,会用打出的纸带求瞬时速度.3.理解速度随时间的变化图象,并能根据图象分析物体的运动.一、了解打点计时器 1.作用及分类打点计时器是一种使用交流(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器,当电源频率为50Hz 时,它每隔0.02s 打一次点.打点计时器和纸带配合,可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移.供高中学生实验用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种. 2.电磁打点计时器(1)工作电压:6V 以下的交流(填“交流”或“直流”)电源.(2)原理:接通电源后,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来,带动其上的振针上下振动.这时,如果纸带运动,振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点. 3.电火花计时器(1)工作电压:220V 交流(填“交流”或“直流”)电源.(2)原理:当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带上就打出一行点迹. 4.两种打点计时器误差比较电火花计时器使用中对纸带运动阻力极小,因而系统误差较小. 二、练习使用打点计时器 1.实验步骤(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带.(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6V 低压交流电,电火花计时器接220V 交流电).(3)先接通电源开关,再用手水平拉动纸带,纸带上就打下一行小点,随后立即关闭电源. (4)取下纸带,从能看得清的某个点开始,往后数出若干个点,如果共有n 个点,那么n 个点的间隔数为n -1个,则纸带的运动时间Δt =(n -1)×0.02s. (5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx . (6)利用公式v =ΔxΔt计算出纸带在这段时间内的平均速度.2.注意事项(1)打点前应把手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(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O 之间的距离).读数时应估读到毫米的下一位. 三、用打点计时器测量平均速度和瞬时速度 1.根据纸带计算平均速度用刻度尺测出n 个点之间的间距Δx ,n 个点之间的时间Δt =(n -1)×0.02s .则平均速度v =ΔxΔt .2.根据打点计时器计算瞬时速度(1)原理:取包含某一位置在内的一小段位移Δx ,根据v =ΔxΔt 测出这一段位移内的平均速度,用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度.一般地,取以这个点为中间时刻的一段位移来计算.如图1所示,E 点的瞬时速度可用D 、F 两点间的平均速度代表,即v E =ΔxΔt.图1(2)数据处理:把纸带上能看得清的某个点作为起始点O ,以后的点分别标上A 、B 、C 、D 、……,如图2所示,依次测出各点到O 点的距离,再算出OA 、AB 、BC 、……的距离x 1、x 2、x 3、…….图2若打点计时器打点的周期为T ,则A 、B 、C 、D 、……各点的瞬时速度分别为:v A =x 1+x 22T 、v B =x 2+x 32T 、v C =x 3+x 42T 、v D =x 4+x 52T、…….把数据填入下表,根据数据判断纸带运动速度的变化情况.位置 A B C D E F G v /(m·s -1)3.注意为了减小实验误差,A 、B 、C 、D ……不一定是连续计时点,比如可以间隔T =0.1s(即每隔四个点)取一个计数点,而计算计数点的瞬时速度时,Δx 、Δt 应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间,即v =x n +x n +12T .四、用图象表示速度 [问题设计]某同学根据打出的纸带,算出的各计数点的速度见下表.t /s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 v /(m·s -1)0.700.901.101.151.201.231.401.30(1)图象.图3(2)v -t 图象是不是质点运动的轨迹?从v -t 图象中可以知道哪些信息? (3)若质点做匀速直线运动,其v -t 图象有什么特点? 答案 (1)(2)v -t 图象不是质点运动的轨迹.从v -t 图象中可知任意时刻速度的大小和方向. (3)匀速直线运动的v -t 图象是与时间轴平行的直线.例1 使用打点计时器时应注意( )A .无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B .使用打点计时器时应先接通电源,再拉动纸带C .使用打点计时器时,拉动纸带的方向应与限位孔平行D .打点计时器只能连续工作较短时间,打点之后要立即关闭电源解析 电磁打点计时器使用复写纸,电火花计时器不用复写纸,故A 错;实验时应当先接通电源,再拉动纸带,故B 正确;为减小摩擦,拉动纸带的方向应当与限位孔平行,故C 正确;打点计时器不能长时间连续工作,故D 正确. 答案 BCD例2 当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列关于纸带上点迹的说法中正确的是( )A .点迹记录了物体运动的时间B .点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C .纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况D .纸带上的点越密,说明物体运动得越快解析 从打点计时器的用途出发对选项进行筛选.打点计时器每隔一定的时间打下一个点,因而点迹记录了物体运动的时间,也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移;纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况,点迹越密物体运动越慢. 答案 ABC例3 如图4所示是做“用打点计时器测速度”实验时得到的一条纸带的一部分,从0点开始依照打点的先后每两个点取一个计数点依次标为0、1、2、3、4、5、6……,现测得0、1间的距离x 1=5.18cm ,1、2间的距离x 2=4.40cm,2、3间的距离x 3=3.62cm,3、4间的距离x 4=2.78cm,4、5间的距离x 5=2.00cm,5、6间的距离x 6=1.22cm(每0.02s 打一次点).图4(1)根据测量数据,计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中.位置 1 2 3 4 5 v /(m·s -1)(2)根据(1)中表格,在图图5解析 (1)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示 打1点时:v 1=x 1+x 24T ≈1.20m/s ,打2点时:v 2=x 2+x 34T ≈1.00m/s ,打3点时:v 3=x 3+x 44T=0.80m/s ,打4点时:v 4=x 4+x 54T ≈0.60m/s ,打5点时:v 5=x 5+x 64T ≈0.40m/s.将数值填入表格中.位置 1 2 3 4 5 v /(m·s -1)1.201.000.800.600.40(2)描点并连线得小车的速度—时间图象. 由图象可知,小车速度均匀减小.答案 见解析1.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理顺序,将各步骤的字母代号按顺序写在空白处.A .在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上.B .把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过,并压在下面.C .用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx .D .切断电源,取下纸带,如果共有n 个清晰的点,则这段纸带记录的时间Δt =.E .打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点.F .利用公式v =ΔxΔt计算纸带运动的平均速度. 实验步骤的合理顺序是.答案 交流 限位孔 复写纸 (n -1)×0.02s BAEDCF2.打点计时器所用电源的频率为50Hz ,某次实验中得到一条纸带,用毫米刻度尺测出各点间的距离如图6所示,则:AC =mm ,AD =mm.那么由此可以算出纸带在AC 间的平均速度为m/s ,纸带在AD 间的平均速度为 m/s ;B 点的瞬时速度更接近于m/s.图6答案 14.0 25.0 0.35 0.42 0.35解析 AC =14.0mm ,AC 间的平均速度为x AC 2T =14.0×10-32×0.02m/s =0.35 m/s ;AD =25.0mm ,AD间的平均速度为x AD 3T =25.0×10-33×0.02m/s ≈0.42 m/s.对描述B 点的瞬时速度来说,AC 段所取的位移间隔更小,更接近B 点的真实速度,即B 点的瞬时速度更接近于0.35m/s.1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中,正确的是( ) A .电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电 B .两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 C .电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D .电磁打点计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘[来源:Z+xx+] 答案 AB解析 电磁打点计时器使用6V 以下的交流电,电火花计时器使用220V 的交流电,A 对;两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定,B 对;电火花计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘,C 错;电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸,D 错. 2.通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀,下列判断正确的是( ) A .点密集的地方物体运动的速度比较大 B .点密集的地方物体运动的速度比较小C .点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等D .点不均匀说明打点计时器有故障 答案 BC解析 纸带上每相邻两个点之间的时间都相等,所以点密集的地方,纸带通过打点计时器的时间长,所以物体运动的速度比较小,故A 错,B 对.点不均匀说明物体在相等的时间内发生的位移不相等,故C 对,D 错. 3.根据打点计时器打出的纸带( )A .能准确地求出某点的瞬时速度B .只能粗略地求出某点的瞬时速度C .能准确地求出某段时间内的平均速度D .可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度 答案 BC解析 打在纸带上的点,记录了纸带的运动时间.研究纸带上的点之间的间隔,就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移.应用v =ΔxΔt能准确地求出某段时间内的平均速度.当Δt 取的比较小时,这个平均速度可粗略代表纸带经过其中间时刻的瞬时速度.4.在实验中,某同学得到一张打点清晰的纸带如图1所示,要求测出D 点的瞬时速度.本实验采用包含D 点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D 点的瞬时速度,下列几种方法中最准确的是( )图1A.AGΔt 1=v D ,Δt 1=0.14s B.BEΔt 2=v D ,Δt 2=0.06s C.CEΔt 3=v D ,Δt 3=0.1s D.CEΔt 4=v D ,Δt 4=0.04s 答案 D解析 求D 点的瞬时速度,最准确的应是包含该点与该点相邻的两点之间的平均速度.C 错在时间间隔上,CE 间的时间间隔应为0.04s.5.在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中,某同学有如下操作步骤,其中错误的步骤是,有遗漏内容的步骤是.A .拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,松开纸带后再接通电源B .将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端,并接好电路C .把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码D .取下纸带E .放手,使小车在平板上运动F .将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔 将以上步骤完善后合理的序号排列为.答案 A D BFCAED 解析 合理的步骤如下:B .将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端,并接好电路 F .将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔C .把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码 A .拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,接通电源 E .放手,使小车在平板上运动D .断开电源,取下纸带6.电磁打点计时器和电火花计时器都是使用电源的计时仪器,电磁打点计时器工作的电压是,电火花计时器工作的电压是.当电源频率是50Hz 时,每隔打一个点.如图2所示为物体运动时打点计时器打出的一条纸带,图中相邻的点间还有四个点未标出,已知打点计时器接50Hz 的交流电源,则ae 段的平均速度为m/s ,d 点的瞬时速度约为 m/s.图2答案 交流 6V 以下 220V 0.02s 2.19 3.28解析 电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源的计时仪器,电磁打点计时器的工作电压是6V 以下,电火花计时器的工作电压是220V .当电源的频率是50Hz 时,打点计时器的打点周期是0.02s .当每5个点取1个计数点时,相邻两个计数点间的时间间隔为T =0.1s ,故ae 段的平均速度为v =x ae 4T =(8.4+13.6+26.8+38.8)×10-24×0.1m/s =2.19 m/s ,d 点的瞬时速度最接近ce 段的平均速度,故v d =x ce 2T =(26.8+38.8)×10-22×0.1m/s =3.28 m/s.7.用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度.如图3所示,滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计时器记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt 1=0.29s ,通过第二个光电门的时间为Δt 2=0.11s ,已知遮光板的宽度为3.0cm ,滑块通过第一个光电门和第二个光电门的速度大小分别为、.图3答案 0.10m/s 0.27 m/s解析 由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短,所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示.经过第一个光电门的速度v 1=d Δt 1=3.0×10-20.29m/s ≈0.10 m/s ,经过第二个光电门的速度v 2=dΔt 2=3.0×10-20.11m/s ≈0.27 m/s.8.如图4所示,甲、乙两位同学分别对同一条纸带上的点进行读数,甲同学采取的方法是用刻度尺先测出A 、B 间距离为x 1,再分别测出B 、C 间距离x 2,C 、D 间距离x 3,D 、E 间距离x 4,再代入公式求解.而乙同学只把刻度尺零刻度线对齐A 点,依次读出B 、C 、D 、E 4点的刻度值x 1、x 2、x 3、x 4.通过计算的方法求出A 、B 间距离为x 1,B 、C 间距离为x 2-x 1,C 、D 间距离为x 3-x 2,D 、E 间距离为x 4-x 3,再代入公式求解,你认为哪位同学的测量方法更好一些,误差更小一些?图4答案 乙同学解析 甲同学测量过程多次移动刻度尺的零刻度线,每移动一次读一次数.而乙同学则只对准一次零刻度线,读出其余各点到第一个点的距离,再进行计算求解,所以乙同学在读数过程中误差更小一些.另外测量过程中测量的位移越长,读数产生的相对误差越小.9.如图5所示是用小车拖动.用打点计时器打出的一条纸带,A 、B 、C 、D 、E 为我们在纸带上所选的计数点.相邻计数点间的时间间隔为0.1s .试求:图5(1)打点计时器打下B 点时小车的瞬时速度;(2)在图6中作出速度—时间图象,并说明小车速度变化的特点.图6答案 (1)0.26m/s (2)见解析图解析 (1)v B =x AC 2T =52.0×10-32×0.1m/s =0.26 m/s(2)v C =x BD 2T =(84.0-24.0)×10-32×0.1m/s =0.30 m/sv D =x CE 2T =(120.0-52.0)×10-32×0.1m/s =0.34 m/s速度—时间图象如图所示.小车速度均匀增大.。