吉林省长白山第一高中物理必修一课件：1.4 实验：用打点计时器测速度

学案4实验：用打点计时器测速度学点1电磁打点计时器和电火花计时器(1)对打点计时器的认识①电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。当接通6V以下低压交流电源时，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就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，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s。②电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。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一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。③电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。(2)打点计时器的使用实验步骤①把打点计时器固定在桌子上，按照要求装好纸带。②打点计时器接交流电源。③接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一行小点，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，那么点的间隔数为n-1个，则纸带的运动时间t=0.02(n-1)s。⑤用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点n间的距离。⑥利用公式v=Δx/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。④打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。图1-4-1甲乙(1)两种打点计时器使用的都是交流电源，当电源的频率为50Hz时，都是每隔0.02s打一个点。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)实验过程中先接通电源再拖动纸带，打完点后立即关闭电源。电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用低于6V低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源再让纸带运动。【例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。使用打点计时器时，纸带应穿过_______，复写纸应套在______上，并要放在纸带的____面；应把_________电源用导线接在______上；打点时应先__________，再让纸带运动。接通电源交流低于60.02限位孔定位轴上低压交流接线柱1.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.安放纸带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)在安放纸带时，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。墨粉纸盘ABDEC纸盘轴学点2用打点计时器测量瞬时速度(1)电磁打点计时器和电火花计时器的结构和原理。(2)练习使用打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。图1-4-2⑤根据v=Δx/Δt计算出0，1，2，…,5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，并记入下表中，点0作为计时起点，t=0，便可看出手拉纸带运动的速度变化情况。(3)用打点计时器测量瞬时速度的方法与步骤：①把打点计时器固定在桌子上。②按照说明把纸带装好。③启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一系列的点。随后立即关闭电源。④取下纸带，从能够看清的某个点开始，每隔0.1s，即每5个点取1个“测量点”标出0，1，2，…，5，如图1-4-2所示。手拉纸带在几个时刻的瞬时速度位置012345时刻(t/s)00.10.20.30.40.5瞬时速度(v/m·s-1)(1)在使用电磁打点计时器时把纸带穿过限位孔，把复写纸片压在纸带上，在使用电火花计时器时，把墨粉纸盘套在纸盘轴上。(2)使用时，必须先通电，再拉动纸带。(3)测量瞬时速度在选择测量点0，1，2，…，5时，每隔0.1s选择一个较好，方便计算；在选择位移Δx时，应包含上面这个点的一段位移。(4)用平均速度v=Δx/Δt代替测量点的瞬时速度，选取的Δx越小(即Δt越短)，平均速度越接近瞬时速度，误差越小。由电源频率是50Hz知，每打一个点的时间间隔是0.02s,根据平均速度v=x/t和打点计时器的工作原理可求。【例2】一打点计时器所用电源频率是50Hz,如图1-4-3所示，纸带上的A点先通过计时器，A、B间历时_____s，位移为_________m，这段时间内纸带运动的平均速度是______m/s，BC段平均速度_____m/s，AD段平均速度是_____m/s。0.76图1-4-30.042.8×10-20.701.102.把纸带的下端固定在重物上，上端用手提着，纸带穿过打点计时器。接通电源后将纸带释放，重物便拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中有一段如图1-4-4所示。(1)图1-4-4所示的纸带，哪端与重物相连？(2)怎样计算纸带上打A点时重物的瞬时速度？说出你的道理。(1)左端(2)计算打A点时重物的瞬时速度有不同的办法：①与A点相邻的点间距离所对应的时间很短(0.02s)，只要测出A点与其相邻点间的距离x，利用v=x/t求出速度，此速度虽然是一段时间内的平均速度，但与A点的瞬时速度很接近。②若利用A点左侧的位移与时间(0.02s)的比值求出速度v1，再利用A点右侧的一段位移与时间(0.02s)的比值求出速度v2，可知：v1vA,v2vA，再利用vA=(v1+v2)/2就可得出A点更准确的瞬时速度。图1-4-4学点3用图象表示速度以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据用打点计时器测出的各时刻的瞬时速度值，用描点法在坐标系中描出各个点，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，描述速度v与时间t关系的图象，叫做速度—时间图象或v－t图象。【例3】如图1-4-5所示是用打点计时器测小车瞬时速度的实验时得到的一条纸带的一部分，从O点开始根据打点的先后顺序依次标为0、1、2、3、4、5、6…现在量得0、1间的距离x1=5.18cm，1、2间的距离x2=4.40cm，2、3间的距离x3=3.62cm，3、4间的距离x4=2.78cm，4、5间的距离x5=2.00cm，5、6间的距离x6=1.22cm(f=50Hz)。图1-4-5(1)根据上面的记录，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12345v/(m·s-1)计算速度时要特别注意长度单位的换算。作图象时，要使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线两侧。图1-4-7(2)根据(1)中表格的数据，在图1-4-6中画出小车的速度—时间图象，并说明小车速度变化的特点。图1-4-6(2)小车的速度—时间图象如图1-4-7所示。从图象中可以看出，小车的速度均匀变小。(1)数据如下表：位置12345v/(m·s-1)1.201.000.800.600.403.打点计时器使用的交流电的频率是50Hz，得到一条纸带(一部分)如图1-4-8所示，从0开始，取1、2、3、4、5为五个计数点，纸带旁放了一把刻度尺。(1)由图可知，记数点2到0点的距离是______。(2)利用计算出的0~5各点的瞬时速度，作出纸带的速度—时间图象。(1)9.00cm(2)如图所示图1-4-81.下列关于打点计时器的说法中，正确的是()A.打点计时器使用低压直流电源B.打点计时器使用低压交流电源C.一般使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02sD.一般使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.1s2.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.能准确的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BCBC3.接通电源让纸带(随物体)开始运动，这两个操作的时间关系应当是()A.先接通电源，后释放纸带B.释放纸带的同时接通电源C.先释放纸带，后接通电源D.先接通电源或先释放纸带都可以A0.20m/s；0.40m/s；0.61m/s；0.69m/s；0.70m/s；速度—时间图象见图4.如图1-4-9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，求出1、2、3、4、5等计数点的瞬时速度并画出速度—时间图象。图1-4-9