73实验：用打点计时器测速度

4．实验：用打点计时器测速度※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※※掌握测瞬时速度的方法※理解速度随时间的变化图象下图是一幅表现鸽子飞翔时的一系列运动瞬间的照片，在这里，连续的运动被分离成了离散的“景”，瞬间的精彩被定格成了永恒，这是“相对论”在摄影艺术中应用的一个实例．那么，在实验室我们如何记录瞬间的时间和运动呢？1．该实验的目的是速度．2．实验所需的器材有：电磁打点计时器或导线、木板．3．电火花计时器是利用在纸带上打出而显示出点迹的仪器，工作电压是.使用时，套在纸盘轴上，并夹在之间，当电源频率是50Hz时，它也是每隔打一次点．用打点计时器测电火花计时器、学生电源、纸带、复写纸、刻度尺火花放电小孔计时220V墨粉纸盘两条纸带0.02s4．用打过点的纸带，如下图．根据量出A、D间的距离Δx，和时间间隔Δt算出A、D间的平均速度.用这个速度可以近似地表示纸带经过A点时的，如果Δt再小一些(如A、C之间或A、B之间)用平均速度代表A点的瞬时速度会．瞬时速度更准确(1)电磁打点计时器①电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器．它使用交流电源，由学生电源供电，工作电压在10V以下．当电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一个点．②电磁打点计时器的构造如图所示．电磁打点计时器③工作原理：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器．连接低于10V低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针也跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点．当交流电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为0.02s.(2)电火花计时器①电火花计时器使用交流电源，工作电压是220V.②电火花计时器的构造如下图所示．③工作原理：它是利用火花放电在纸带上打出孔而显示点迹的计时器．当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出系列点迹．当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔也是0.02s.(3)两种计时器的比较类型比较电磁打点计时器电火花计时器所用电源10V以下低压交流220V交流打点方式振针打点电火花打点时间间隔每隔0.02s打一次点每隔0.02s打一次点实验误差振针和纸带接触会影响纸带运动，误差较大火花放电不会影响纸带运动，误差较小(1)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＝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”，如图所示，依次测出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3….(2)数据处理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运动.②利用v－t图象分析物体的运动位置ABCDEF时间t/(s)(xn＋xn＋1)/(m)v/(m/s)Ⅰ.v－t图象用横轴表示时间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图象.Ⅱ.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．Ⅲ.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，如图所示，直线a、b分别表示va＝4m/s，vb＝8m/s.②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，如图中画斜线的部分．特别提醒：(1)电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用10V以下交流电源；电火花计时器使用220V交流电源．(2)实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材．(3)使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定时再用手拉纸带．(4)手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集．电火花计时器工作时使用______电流，工作电压为______V，工作时的基本步骤是：①当纸带穿过电火花计时器后，应及时关闭电火花计时器；②将电源线插入220V交流电源插座；③把纸带从墨粉纸盘下面穿过；④接通开关，听到放电声，立即让运动物体拖动纸带运动．上述步骤正确的顺序是______．解析：若不知道电火花计时器的工作原理，就无法选择工作电源的性质和电压的高低及工作程序；不了解构造，对各部件无法说出其名称，因此，应该认真阅读电火花计时器使用说明，了解各部分构造的名称和使用方法．我们在使用任何新产品之前都应该如此，养成习惯．答案：交流；220；③②④①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________．答案：0.02；偏大解析：本题考查电磁打点计时器的使用及其测量原理．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，因此测出的速度将比真实值偏大.某学生在用打点计时器做研究小车运动规律的实验时，其开始时的装配图如下图所示，其中有错误与不妥之处，请把它找出来．解析：电磁打点计时器必须接交流电，而图上所接为直流电源，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，致使纸带上留下的计时点过少，给测量带来不便，产生较大误差．点评：记忆实验仪器的装配时，如果能结合实验原理，会收到事半功倍的效果．某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图所示，请你判断一下这可能是因为()A．打点计时器错接在直流电源上B．电源的电压不稳C．电源的频率不稳D．振针压得过紧答案：D解析：正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸上才能留下点．当振针与复写纸的距离过大时，振针可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点．如果振针与复写纸的距离过小，振针就会有较长的时间与复写纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段.如下图所示是拖动纸带时打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E为我们的纸带上所选的记数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1S，试求打点计时器打下B、C、D各点时的瞬时速度．解析：同样根据用某段时间内的平均速度可以“粗略”代表某点的瞬时速度的思想，计算打点计时器打下B、C、D各点时的瞬时速度．vB＝xAC2T＝52.00×10－32×0.1m/s＝0.26m/svC＝xAD－xAB2T＝(84－24)×10－32×0.1m/s＝0.30m/svD＝xAE－xAC2T＝(120－52)×10－32×0.1m/s＝0.34m/s答案：vB＝0.26m/s；vC＝0.30m/s；vD＝0.34m/s点评：通过以上问题的解答过程可以看出，在研究物理问题的过程中，物理思想和物理方法是十分重要的，在物理学的发展过程中，积累了许多很重要的研究问题的方法，即用某段时间内的平均速度“粗略”表示某点的瞬时速度就是其中的方法之一．说明：下一章我们学习到该物体做的是匀变速直线运动，B点瞬时速度就等于A到C这段时间的平均速度，并不像有些问题中只是一种近似．如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫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，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.答案：0.350.420.35解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s.AC间的距离为14mm＝0.014m，AD间的距离为25mm＝0.025m.由公式v＝ΔxΔt得，vAC＝0.0142×0.02m/s＝0.35m/s，vAD＝0.0253×0.02m/s＝0.42m/s.B点的瞬时速度更接近于0.35m/s.如下图甲所示，表示一质点在6s内的x～t图象，试据此分析质点的运动情况并画出它的v～t图象．解析：因为x～t图象的斜率表示速度，所以0～2s的速度v1＝6m－0m2s＝3m/s，2s～4s的速度v2＝0，4s～6s的速度v3＝－6m－6m2s＝－6m/s，质点的运动情况：0～2s内做匀速直线运动，速度为3m/s,2s末离开出发点6m；2s～4s内物体静止于离出发点6m处；4s～5s质点反方向做匀速直线运动，速度为6m/s,5s末时回到出发点，5s～6s质点继续以6m/s的速度反方向匀速运动，6s末位移为－6m.其v－t图象如图乙．点评：先认知x～t图象，逐段分析其运动情况，再画v～t图象，做好两种图象的转化，比较同一运动过程在不同图象的表达形式．(北师大附中08－09学年高一上学期期中)一个作直线运动的物体，其速度图象如图所示，由图可判断出()A．第1秒末，物体速度方向改变B．前两秒内物体的位移为零C．物体做往复运动D．第3秒末和第5秒末物体的位置相同答案：CD