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高中物理必修一實驗用打點計時器測速度 高一物理第一章第四節(jié)用打點計時器測速度篇一

教學目標

1、知道打點計時器的構(gòu)造和原理，學會使用打點計時器，能根據(jù)打出的紙帶計算打幾個點所用的時間，會計算紙帶的平均速度，能根據(jù)紙帶粗略測量紙帶的瞬時速度，認識v-t圖象，并能根據(jù)v-t圖象判斷物體的運動情況。

2、通過速度測量過程的體驗，領悟兩個方法：一是用圖象處理物理數(shù)據(jù)的方法;二是極限法或說無限趨近法，加強一個認識，實驗是檢驗理論的標準。

教學重難點

知道打點計時器的構(gòu)造和原理，學會使用打點計時器，能根據(jù)打出的紙帶計算打幾個點所用的時間，會計算紙帶的平均速度，能根據(jù)紙帶粗略測量紙帶的瞬時速度，認識v-t圖象，并能根據(jù)v-t圖象判斷物體的運動情況。

教學工具

教學課件

教學過程

實驗準備：

1、仔細觀察電磁打點計時器和電火花計時器，對照課本，比較它們的異同。

2、兩類打點計時器的打點時間間隔是多少?

3、分析紙帶時，如何計算紙帶的平均速度。

4、嚴格地說，瞬時速度我們引進測量出來的，你知道用什么方法求出的速度可以代替某點的瞬時速度嗎?

5、從器材上讀取的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)是寶貴的實驗資料，要嚴肅對待，要整齊的記錄，妥善保存。

實驗原理：

1、電磁打點計時器。電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，工作電壓為4~6v。當電源的頻率是50hz時，它每隔0.02s打一個點。電磁打點計時器是應用電磁原理制成的，圖1是它的工作原理圖。通電前，先在打點計時器上裝上紙帶，并把復寫紙片壓在紙帶上。然后把線圈與50hz、4~6v的交流電源接通。這時，振片被磁化，在磁力作用下振動起來。每0.02s振針壓打復寫紙一次，被運動物體拖著的紙帶上便記錄下一系列的點子，這些點相應地表示運動物體在不同時刻的位置，相鄰兩點間的時間間隔是0計時器 0.

02s。我們對紙帶上這些點之間的距離進行測量，就可以定量地研究物體的運動規(guī)律。

2、電火花計時器。電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點跡的計時器，它的構(gòu)造如圖2所示。使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，并夾在兩條白紙之間。當接通用220v交流電源，按下脈沖輸出開頭時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接到負極的紙盤火花放電，于是在運動的紙帶1上打出一列點跡。當電源頻率是50hz時，它也是每隔0.02 s打一次點。

這種計時器工作時，紙帶運動時受到的阻力小，實驗誤差小。

上面介紹的兩種計時器打點的時間間隔都是t=0.02s，因此，打在紙帶上的點，記錄了紙帶運動的時間。如果把紙帶跟運動物體連接在一起，紙帶上的點子就相應地表示出運動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上的點子之間的間隔，就可以了解運動物體在不同時間里民生的位移，從而了解物體運動的情況。

實驗步驟：

1.把電火花計時器固定在桌子上，檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在紙盤軸上，檢查兩條白紙帶是否已經(jīng)正確地穿好，墨粉紙盤是否在兩條紙帶之間。

2.把計時器上的電源插頭在220v交流電源插座上。

3.按下脈沖輸出開頭，用手水平地拉動兩條紙帶，紙帶動上就打上一列車員小點。

4.取下紙帶，從能看得清規(guī)戒律的某個點數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點。如果共有n個點，點子的間隔數(shù)則為(n-1)個，用t=0.02(n-1)計算出紙帶的運動時間t。

5.用刻度尺測量一下，打下這些點，紙帶通過的距離s 有多長

6.利用公式計算紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度。把測量和計算的結(jié)果填入表一中。

7.選取一條點跡清晰便于分析的紙帶進行數(shù)據(jù)分析。

8.從能夠看清的某個點開始，每隔0.1s取一個點，在紙帶上用數(shù)字0，1，2 ….5標出這些“測量點”，測量包括每個點的一段位移△x,記錄在表二中，同時記錄相對應的時間，以測量該點的瞬時速度。

9.計算出各點附近的平均速度，把它當作計時器打下這些點時的瞬時速度，填入表三中，點0作為計時的開始，即t=0。

10.以速度v為縱軸，以時間t為橫軸在坐標紙上建立直角坐標系，根據(jù)表二的數(shù)據(jù)在坐標軸上描點，將這些點用平滑的曲線連接起來。

11.通過曲線的走向大致看出手的速度變化規(guī)律，將你的實驗結(jié)果與其他同學交流一下，說出你的體會。

12.重復以上步驟再做一次。

如果用電磁打點計時器，則實驗步驟的前3步相應地應當是：

1.把打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過兩個限位孔，壓在復寫紙的下面。

2.把電磁打點計時器的兩個接線柱用導線分別與6v的低壓交流電源的接線柱相連接。

打開電源開關，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打出一列小點。

注意事項：

1.要認清楚你使用了哪種類型的打點計時器，電磁打點計時器要使用10v以下的交流學生電源;而電火花計時器則直接使用220v的交變電流。

2.開頭的點跡很密集，這是由于先接通電源后拉動紙帶和開始時的速度比較慢而造成的，數(shù)點時不能從開始處數(shù)，而要向后看，從能夠看清的某個點開始。

3.如果數(shù)出了n個點，那么，他們的間隔數(shù)是(n-1)個。他們所用的運動時間為(n-1)0.02s.

4.打點計時器要固定好，在使用時打點計時器不允許松動。

5.打點計時器打點結(jié)束時要立刻切斷電源。

6.要保證手每一次“水平地拉動紙帶”。

7.可以大致表示某包含點的瞬時速度，兩邊點離得越近算出的平均速度接近b點的瞬時速度，但過小的間距也會增大測量的誤差，應根據(jù)課本中的例子仔細選取。

8.測量點要每隔0.1s選一個，即每隔六個點取一個點，而測量點的、的選取上應取前一個點，后兩個點之間。即：v==。

9.建立坐標系要根據(jù)實際情況取合適的單位，以便曲線能分布于大部分的坐標系中。

怎樣描繪實驗圖線

處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法之一是圖象法。運用圖象法處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點，例如，能比較直觀地表達物理規(guī)律，能夠減小偶然誤差對結(jié)果的影響，能夠較方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理量數(shù)值。這里我們著重介紹一下怎樣描繪實驗圖線。

1.描繪圖線時，一般以橫坐標代表自變量，以縱坐標代表因變量，在軸的末端箭頭旁邊注明代表的物理量及其單位。例如，要描繪做勻速直線運動物體珠速度圖象，即以時間為橫坐標，以瞬時速度為縱坐標，在縱軸和橫軸末端箭頭旁分別標注。

1.根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，選取適當?shù)淖鴺溯S的標度(即每格所代表的量值)，使橫軸與縱軸的全長(表示數(shù)據(jù)的最大值的長度)接近相等，圖線大約分布在以坐標原點為頂點，以橫坐標為一條邊角之間，并盡可能使最小分度與測量的準確程度相一致。例如，在繪制速度圖象的實驗數(shù)據(jù)中(見上表)，最大數(shù)值為時刻，速度，我們在橫軸上取1格表示1s,在縱橫軸上取1格表示0.10m/s, 橫軸和縱軸的全長都占5格，且測量的準確值在圖上也能確切標出。當圖線不通過坐標原點時，坐標的原點可以不從零開始，這樣可以使圖線分布勻稱。例如，上述速度圖象中，如果t=0,v0=0.20m/s,則v軸的原點可以從0.20開始。

課后習題

把這次實驗的心得體會(成敗得失)寫在作業(yè)本上。

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高中物理必修一實驗用打點計時器測速度 高一物理第一章第四節(jié)用打點計時器測速度篇二

教學準備

教學目標

1.了解電磁打點計時器、電火花計時器的構(gòu)造及工作原理，學會使用打點計時器.

2.掌握測瞬時速度的方法，會用打出的紙帶求瞬時速度.

3.理解速度隨時間的變化圖象，并能根據(jù)圖象分析物體的運動.

教學重難點

1.使用打點計時器.

2.測瞬時速度的方法，用打出的紙帶求瞬時速度.

3.速度隨時間的變化圖象，根據(jù)圖象分析物體的運動.

教學過程

[知識探究]

一、了解打點計時器

1.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50hz時，它每隔0.02s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.供高中學生實驗用的打點計時器有電磁打點計時器和電火花計時器兩種.

2.電磁打點計時器

(1)工作電壓：6v以下的交流(填“交流”或“直流”)電源.

(2)原理：接通電源后，在線圈和永久磁鐵的作用下，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，振針就通過復寫紙在紙帶上留下一行小點.

3.電火花計時器

(1)工作電壓：220v交流(填“交流”或“直流”)電源.

(2)原理：當接通電源、按下脈沖輸出開關時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一 行點跡.

4.兩種打點計時器誤差比較

電火花計時器使用中對紙帶運動阻力極小，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6v低壓交流電，電火花計時器接220v交流電).

(3)先接通電源開關，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點，隨后立即關閉電源.

(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)×0.02s.

(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.

(6)利用公式v=δx/δt計算 出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度.

2.注意事項

(1)打點前應把手停在靠近打點計時器的位置.

(2 )打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶.

(3)打點之后應立即關閉電源

(4)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點o之間的距離).讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位.

三、用打點計時器測量平均速度和瞬時速度

1.根據(jù)紙帶計算平均速度

用刻度尺測出n個點之間的間距δx，n個點之間的時間δt=(n-1)×0.02s.則平均速度v=δx/δt.

2.根據(jù)打點計時器計算瞬時速度

(1)原理：取包含某一位置在內(nèi)的一小段位移δx，根據(jù)v=δx/δt測出這一段位移內(nèi)的平均速度，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度.一般地，取以這個點為中間時刻的一段位移來計算.

如圖1所示，e點的瞬時速度可用d、f兩點間的平均速度代表，即ve=δx/δt.

圖1

(2)數(shù)據(jù)處理：把紙帶上能看得清的某個點作為起始點o，以后的點分別標上a、b、c、d、……，如圖2所示，依次測出各點到o點的距離，再算出oa、ab、bc、……的距離x 1、x2、x3、…….

圖2

若打點計時器打點的周期為t，則a、b、c、d、……各點的瞬時速度分別為：va=(x1+x2)/2t、vb=(x2+x3)/2t、vc=(x3+x4)/2t、vd=(x4+x5)/2t、…….

把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運動速度的變化情況.

位置 a b c d e f g

v/(mos-1)

3.注意

為了減小實驗誤差，a、b、c、d……不一定是連續(xù)計時點，比如可以間隔t=0.1s(即每隔四個點)取一個計數(shù)點，而計算計數(shù)點的瞬時速度時，δx、δt應取此計數(shù)點前、后兩個點之間的位移和時間，即v=(xn+xn+1)/2t.

四、用圖象表示速度

[問題設計]

某同學根據(jù)打出的紙帶，算出的各計數(shù)點的速度見下表.

t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

v/(mos-1) 0.70 0.90 1.10 1.15 1.20 1.23 1.40 1.30

(1)用橫軸表示時間t，縱軸表示速度v，建立平面直角坐標系，在圖3中作出物體的v-t圖象.

圖3

(2)v-t圖象是不是質(zhì)點運動的軌跡?從v-t圖象中可以知道哪些信息?

(3)若質(zhì)點做勻速直線運動，其v-t圖象有什么特點?

答案(1)

(2)v-t圖象不是質(zhì)點運動的軌跡.從v-t圖象中可知任意時刻速度的大小和方向.

(3)勻速直線運動的v-t圖象是與時間軸平行的直線.

[典例精析]

例1 使用打點計時器時應注意()

a.無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器，都應該把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復寫紙壓在紙帶的上面

b.使用打點計時器時應先接通電源，再拉動紙帶

c.使用打點計時器時，拉動紙帶的方向應與限位孔平行

d.打點計時器只能連續(xù)工作較短時間，打點之后要立即關閉電源

解析電磁打點計時器使用復寫紙，電火花計時器不用復寫紙，故a錯;實驗時應當先接通電源，再拉動紙帶，故b正確;為減小摩擦，拉動紙帶的方向應當與限位孔平行，故c正確;打點計時器不能長時間連續(xù)工作，故d正確.

答案bcd

例2 當紙帶與運動物體連接時，打點計時器在紙帶上打出點跡，下列關于紙帶上點跡的說法中正確的是()

a.點跡記錄了物體運動的時間

b.點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移

c.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況

d.紙帶上的點越密，說明物體運動得越快

解析從打點計時器的用途出發(fā)對選項進行篩選.打點計時器每隔一定的時間打下一個點，因而點跡記錄了物體運動的時間，也記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移;紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況，點跡越密物體運動越慢.

答案abc

例3 如圖4所示是做“用打點計時器測速度”實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后每兩個點取一個計數(shù)點依次標為0、1、2、3、4、5、6……，現(xiàn)測得0、1間的距離x1=5.18cm，1、2間的距離x2=4.40cm,2、3間的距離x3=3.62cm,3、4間的距離x4=2.78cm,4、5間的距離x5=2.00cm,5、6間的距離x6=1.22cm(每0.02s打一次點).

圖4

(1)根據(jù)測量數(shù)據(jù)，計算打點計時器在打1、 2、3、4、5點時的速度并填在下表中.

位置 1 2 3 4 5

v/(mos-1)

(2)根據(jù)(1)中表格，在圖5中畫出小車的速度—時間圖象，并說明小車速度變化的特點.

圖5

解析(1)某點的瞬時速度可用包含該點的一段位移內(nèi)的平均速度表示

打1點時：v1=(x1+x2)/4t≈1.20m/s，

打2點時：v2=(x2+x3)/4t≈1.00m/s，

打3點時：v3=(x3+x4)/4t=0.80m/s，

打4點時：v4=(x4+x5)/4t≈0.60m/s，

打5點時：v5=(x5+x6)/4t≈0.40m/s.

將數(shù)值填入表格中.

位置 1 2 3 4 5

v/(mos-1) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40

(2)描點并連線得小車的速度—時間圖象.

由圖象可知，小車速度均勻減小.

答案見解析

[自我檢測]

1.用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移.下面是沒 有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?

a.在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導線，導線的另一端分別接在低壓(選填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上.

b.把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過，并壓在下面.

c.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離δx.

d.切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點 ，則這段紙帶記錄的時間δt=.

e.打開電源開關，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點.

f.利用公式v=δx/δt計算紙帶運動的平均速度.

實驗步驟的合理順序是.

答 案交流限位孔復寫紙(n-1)×0.02sbaedcf

2.打點計時器所用電源的頻率為50hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測出各點間的距離如圖6所示，則：ac=mm，ad=mm.那么由此可以算出紙帶在ac間的平均速度為m/s，紙帶在ad間的平均速度為 m/s;b點的瞬時速度更接近于m/s.

圖6

答案14.025.00.350.420.35

解析ac=14.0mm，ac間的平均速度為xac/2t=14.0×10-32×0.02m/s=0.35 m/s;ad=25.0mm，ad間的平均速度為xad/3t= 25.0×10-33×0.02m/s≈0.42 m/s.對描述b點的瞬時速度來說，ac段所取的位移間隔更小，更接近b點的真實速度，即b點的瞬時速度更接近于0.35m/s.