教学设计814实验用打点计时器测速度

第4节用打点计时器测速度一、实验目的练习使用电火花计时器或电磁打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。二、实验器材电火花计时器或电磁打点计时器，纸带，刻度尺，导线，电源三、实验步骤（1）把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确的套在纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确的穿好，墨粉纸盘是否已经夹在两条白纸带之间。（2）把计时器上的电源插头插在交流220V电源插座上。（3）按下脉冲输出开关，用手水平的拉动两条纸带，纸带上就打下一列小点。（4）取下纸带，从能看得清的某个点开始，数一数纸带上共有多少个点。如果共有n个点，点子的间隔数就为n-1个，用t=0.02(n-1)s计算出纸带的运动时间t.（5）用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的距离s有多长。（6）利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度。把测量和计算的结果填入表1中。表1点子数n点子间隔数（n-1）运动时间t/s位移s/m平均速度)/(1smv（7）在纸带上找出连续的6个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F。用刻度尺测出两个相邻点间的距离s1、s2、s3、s4、s5（如图所示）把数据填入表2中。根据这些数据，运用你学过的知识，判断纸带的运动是匀速运动还是变速运动，并把判断的结果和理由写清楚。表2A和B的距离s1/mB和C的距离s2/mC和D的距离s3/mD和E的距离s4/mE和F的距离s5/m判断的结果和理由···········ABCDEFs1s2s3s4s5如果用电磁打点计时器，则实验步骤的前三步相应的应当是：（1）把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面；（2）把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6V的低压交流电源的接线柱相连接；（3）打开电源开关，用手水平的拉动纸带，纸带上就打上一列小点。然后，重复上面步骤（4）至（7），完成实验。四、注意事项：（1）将打点计时器固定在桌子上，以免在拉纸带时晃动它，并要轻轻试拉纸带，应无明显阻滞现象，同时复写纸应该能随纸带的移动而移动。必要时，可通过定位轴的前后移动来调节复写纸的位置。（2）若纸带上出现双点或漏点现象，可通过适当调整振动片的长度予以纠正，若纸带上出现拖痕和点迹不清，应调整振针长度。五、能力测试：一、打点计时器的原理及使用1．电磁打点计时器使用低压交流电源工作，能不能使用直流电源？为什么？2．从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个误差可能会更小？3．关于打点计时器的使用说法正确的是（）A．电磁打点计时器使用的是6V以下的直流电源B．在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小4.打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了（）A．物体运动的时间B．物体在不同时刻的位置C．物体在不同时间内的位移D．物体在不同时刻的速度归纳总结：（1）两种计时器使用的都是交流电源，当电源的频率为50Hz时，都每隔0.02s打一次点。不过它们使用的工作电压不同，电磁打点计时器的工作电压在6V以下，电火花计时器的工作电压是220V。（2）电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小。（3）实验时，将打点计时器固定在桌子上，以免在拉纸带时晃动它，并要轻轻试拉纸带，应无明显阻滞现象，同时复写纸应该能随纸带的移动而移动。必要时，可通过定位轴的前后移动来调节复写纸的位置。（4）若纸带上出现双点或漏点现象，可通过适当调整振动片的长度予以纠正；若纸带上出现拖痕和点迹不清，应调整振针长度。二、实验步骤1．某学生在用打点计时器做“用打点计时器测速度”的实验，如图所示，其中有错误与不妥之处，请把它找出来。2．实验前打点计时器是否需要固定？为什么？如果需要固定，固定前应如何做？3．你认为使用打点计时器时，通电和拉纸带的顺序应是什么？手拉纸带的速度应快些还是慢些？为什么？4．打点计时器能否工作较长时间？打点之后有必要立即关闭电源吗？5.使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：（1）在如下基本步骤中，正确的排列顺序为______。A．把电火花计时器固定在桌子上B．安装纸带C．松开纸带让物体带着纸带运动D．接通220V交流电源E．按下脉冲输出开关，进行打点（2）在安装纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在______上，还要检查______是否夹在纸带之间。归纳总结：实验步骤（1）了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上。（2）把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与6V的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面。（3）接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。（4）取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点。如果共有n个点，则用Δt＝0.02×（n－1）s计算出纸带的运动时间Δt。（5）用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx，利用公式v＝ΔxΔt计算纸带在这段时间内的平均速度。把测量和计算的结果填入表中。实验次数点数n点划分出的间隔数n－1运动时间Δt/s位移Δx/m平均速度v/（m·s－1）12三、纸带的测量和数据处理1．测量各计数点间的位移时，逐个测量较好，还是一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再计算各计数点间的距离较好？2．如图所示，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，用厘米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s，A、D间的平均速度是________m/s；B点的瞬时速度更接近于________m/s。3．本实验在处理数据时误差的可能来源是什么？（至少找出两条）4.在“用打点计时器测速度”的实验中，如图所示给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm。那么：（1）在计时器打出点4时，求小车的速度。（2）在平面直角坐标系中作出速度—时间图象，并分析小车的速度如何变化。归纳总结：（1）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：vA＝x1＋x22T、vB＝x2＋x32T、vC＝x3＋x42T、vD＝x4＋x52T……。（2）物体的运动也可以用图象描述，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，把测出的纸带上各点的速度在坐标系中描点，并用一条平滑的曲线把这些点连起来，即可得到如图所示的v－t图象。六、布置作业1、完成实验报告2、课后思考：通过打点计时器得到的一条打点纸带上，如果点子的分布不均匀，那么，是点子密集的地方运动速度比较大，还是点子稀疏的地方运动速度比较大？参考答案一、打点计时器的原理及使用1．答案：当线圈接上交流电源时，振片被磁化成一条形磁铁，其两端极性随线圈中电流方向的改变而周期性地变化。由于振片处于永久磁铁的两极之间，在磁场的作用下而产生振动，振片末端的振针就开始打点。直流电的电流方向不变化，故不能打点。2．答案：电火花计时器在使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致，同时它的操作简易，使用安全可靠。3．C解析：电磁打点计时器使用交流电源，A错；使用打点计时器时应先接通电源，后让物体运动，B错；打点的时间间隔T＝1f，f是电源频率，与电源的电压高低无关，所以C正确，D错误。4.答案：AB解析：电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02s在纸带上打一个点，因此，打在纸带上的点迹可直接反映物体的运动时间，因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置。用刻度尺量出各点迹间的间隔，可知道物体在不同时间内的位移，再根据速度公式可算出物体在不同时刻的速度，但这些量不是纸带上的点迹直接记录的。二、实验步骤1．答案：电磁打点计时器必须接交流电源，而图中所接为直流电源，显然是个错误；开始时，小车离定滑轮端太近，向前运动的余地太小，致使纸带上的计时点过少，给测量带来不便，产生较大误差。2．答案：（1）实验前，应将打点计时器固定好。（2）以免拉动纸带时晃动。（3）要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。3．答案：（1）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，再拉动纸带。（2）手拉动纸带时速度应快一些。（3）以防点迹太密集。4．答案：打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后有必要立即关闭电源，以保护打点计时器。5.答案：（1）ABDEC（2）纸盘轴墨粉纸盘解析：根据实验原理，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法是一种重要的实验能力。电火花计时器的特点是：打点是靠放电针和墨粉纸盘之间的火花放电来实现的，故其操作步骤和电磁打点计时器是相似的。墨粉纸盘应套在纸盘轴上，使它可以转动，并被均匀地利用。墨粉纸盘夹在两条白纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。三、纸带的测量和数据处理1．答案：分段测量误差较大，减小分段测量计数点间的位移x带来误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。读数时应估读到毫米的下一位，并且视线要与直尺垂直。2．答案：0.350.430.35解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s，A、C两点间的距离为14mm＝0.014m，A、D两点间的距离为26mm＝0.026m。由公式v＝ΔxΔt得vAC＝0.0142×0.02m/s＝0.35m/s，vAD＝0.0263×0.02m/s≈0.43m/s。B点的瞬时速度更接近A、C间的平均速度0.35m/s。3．答案：（1）当交流电的频率不稳定时，计数点间的时间Δt出现误差。（2）作v－t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。4.答案：（1）31.4cm/s（2）见解析解析：（1）打点4时的速度，可用3、5两点间的平均速度表示，v4＝x4＋x5Δt＝2.88＋3.390.2cm/s≈31.4cm/s。（2）计算各段中间时刻速度见下表位置12345速度v/（cm·s－1）16.521.426.331.436.3描点连线得其速度—时间图象如图所示由图象可知小车速度均匀增加。