吉林省长春市第五中学高中物理 第一章 第四节 实验 用打点计时器测速度同步创新课件 新人教版必修1

课标定位学习目标：1.学会使用打点计时器．2．学会利用打出的纸带求瞬时速度．3．能通过纸带上点的位置关系分析物体的运动情况．4．会用图象表示速度随时间变化的规律．重点难点：1.打点计时器的正确使用．2．瞬时速度的测量及在图象中的表示．易错问题：不能按正确的步骤进行实验操作．【实验目的】1．了解打点计时器的结构、原理及使用方法．2．会用纸带求速度及根据v－t图象处理数据．基础知识梳理【实验原理】1．打点计时器的原理及使用电火花计时器电磁打点计时器结构图示电火花计时器电磁打点计时器工作电压220V交流电6V交流电打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动打点周期0.02s0.02s记录信息位移、时间2.测量速度的原理跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体在不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移Δx.打两个点的时间可用Δt＝(n－1)×0.02s求得，则平均速度v＝ΔxΔt，当Δt很短时，可以认为ΔxΔt为t时刻的瞬时速度．【实验器材】打点计时器、学生电源、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸．【实验步骤】1．把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面．2．把电磁打点计时器的两个接线柱接到6V的低压交流电源上．3．接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点．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．7．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…作为“计数点”，如图1－4－1所示，依次测出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3….图1－4－1一、数据处理核心要点突破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….把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速直线运动.位置ABCDEF(xn＋xn＋1)/(m)v/(m·s－1)2.利用v－t图象分析物体的运动(1)v－t图象的作法用横轴表示时间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，即得到如图1－4－2所示的v－t图象．图1－4－2(2)v－t图象的意义v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹．(3)匀速直线运动的v－t图象①匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线，如图1－4－3所示，直线a、b分别表示va＝4m/s，vb＝8m/s.图1－4－3②从匀速直线运动的v－t图象中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移，根据位移公式x＝vt，在v－t图象中就对应着边长分别为v和t的一个矩形面积，如图1－4－4中画斜线的部分．(4)图象法是处理实验数据的常用方法．运用图象处理数据有许多优点，如可以使物理规律直观易懂，可以减小偶然误差，可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数值等．图1－4－4二、误差分析1．利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差．为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度．2．分段测量计数点间的位移x带来误差．减小此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．3．计数点间的时间Δt搞错．计数点间涉及到几个打印点，计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02s．而非Δt＝n×0.02s.4．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．三、注意事项1．实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象．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，再拉动纸带．3．手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集．4．使用电火花计时器时，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．5．使用电磁打点计时器时，如打出的点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度．6．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．7．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．电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50Hz时，振针每隔________s打一个点．现在用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于50Hz时，如果仍按50Hz的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真实数值________．课堂互动讲练类型一打点计时器的原理及使用例1【答案】0.02大【方法总结】利用打点计时器测速度时，所用电源的频率一定要稳定，否则打点间隔发生变化，测量将会出现误差．【解析】当交流电的频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点，当交流电的频率低于50Hz时，打点计时器打一次点的时间间隔t将大于0.02s，即t时间内的位移我们用0.02s的位移计算(v＝xt)，因此测出的速度将比真实值偏大．(2010年杭州高一检测)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，并接好电路类型二对实验操作及步骤的考查例2C．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____________．【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【答案】ABDBFCAED【方法总结】学会打点计时器的使用是本节的一个重要内容，打点计时器的使用步骤是要严格遵守的，不能混乱．如图1－4－5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点未画出，各计数点到0的距离如图所示．类型三纸带的分析和计算例3图1－4－5(1)求出1、2、3、4、5等计数点的瞬时速度．(2)画出速度—时间图线．【解析】(1)1点是0、2间的中间时刻，求出0、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.0和6两个点的瞬时速度不便求出，然后画出速度—时间图象．注意相邻计数点的时间间隔t＝0.1s.v1＝3.9×10－20.1×2m/s＝0.20m/s，v2＝(9.0－1.0)×10－20.1×2m/s＝0.40m/s，v3＝(16.1－3.9)×10－20.1×2m/s＝0.61m/s，v4＝(22.8－9.0)×10－20.1×2m/s＝0.69m/s，v5＝(30.1－16.1)×10－20.1×2m/s＝0.70m/s.(2)以O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．根据上面计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到速度—时间图象如图1－4－6所示．图1－4－6【答案】见解析【方法总结】注意计数点与计时点之间的区别．计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量时从所打的点中按一定的标准选出的点．