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1、用打点计时器测速度 物理是一门实验科学注意观察 推理 测定物体的速度并不是一件很容易的事情 特别是当物体的运动速度在不停变化时 测定某时刻的速度更是比较困难的 如上下飞舞的蝴蝶 要确定它某一时刻的速度是很困难的 我们现在只研究直线运动的速度的测量问题 课堂活动 作为同桌的两位同学合作 简易模拟打点计时器 同桌两位同学之间 一位同学手拿一枝彩色画笔 另一位同学牵动一条宽约1cm的长纸带 使纸带在你的笔下沿着直线缓慢向前移动 你按照一定的时间间隔点击纸带 比如每秒1次 或每秒2次 比比看 看谁牵动纸带的速度变化最小 想一想 相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关系 牵动纸带的快慢不均匀 对相邻两点
2、所表示的时间有没有影响 一 电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器 如下图所示 工作电压为4V 6V 当电源的频率是50Hz时 它每隔0 02s打一次点 通电以前 把纸带穿过限位孔 再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面 当接通电源时 线圈产生的交变磁场使振动片 由弹簧钢制成 磁化 振动片的一端位于永久磁铁的磁场中 由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化 在永久磁铁的磁场作用下 振动片将上下振动 其振动周期与线圈中的电流变化周期一致 即为0 02s 位于振片一端的振针就跟着上下振动起来 这时 如果纸带运动 振针就在纸带上打出一系列小点 交流与讨论 电磁打点计时器使用低压
3、交流电源工作 大家想一想能不能使用直流电源 为什么 二 电火花计时器 电火花计时器电火花计时器的外形如图它可以代替电磁打点计时器使用 也可以与简易电火花描迹仪配套使用 使用时电源插头直接插在交流220V插座内 将裁成圆片 直径约38mm 的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上 将剪切整齐的两条普通有光白纸带 20mm 700mm 从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过 并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间 这样当两条纸带运动时 也能带动墨粉纸盘运动 当按下脉冲输出开关时 放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度 也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带 位于下面 做实验 还可以用两条白纸带夹着一条
4、墨粉纸带做实验 墨粉纸可以使用比较长的时间 一条白纸带也可以重复使用 应注意降低实验成本 电火花打点计时器 开关正负脉冲输入插座限位孔墨粉纸盘 220v交流电50赫兹 交流与讨论 从原理上考虑 电火花计时器跟电磁打点计时器相比 哪个更好些 误差可能会更小 电火花计时器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 脉冲周期不大于50 s 这一方面也远优于电磁打点计时器 同时它的操作简易 使用安全可靠 脉冲放电电流平均值不大于5 A 问题 打点计时器能记录哪些信息 时间和位移 课堂训练 出示例题 电磁打点计时器的打点周
5、期取决于A 交流电压的高低B 交流电的频率C 永久磁铁的磁性强弱D 振针与复写纸间的距离答案 B 三 练习使用打点计时器 学生自主阅读教材中的实验步骤提示 问题1 电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置 将复写纸套在复写纸定位销上 推动调节片 可调节复写纸位置 将纸带从复写纸圆片下穿过 电火花计时器的纸带安装方法 让学生阅读 使用电火花计时器在纸带上打点 安装纸带的方法有两种 一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过 打点时墨粉盘不随纸带转动 电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上 打出的点迹颜色较淡 打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带 学生实验时可采用这一方法 另一种是用两条纸带
6、 将墨粉盘夹在中间 拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用 墨粉盘会随纸带转动 电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上 所以打出的点迹颜色较重 墨粉盘上面的一条纸带没有点迹 可重复使用 用一条纸带打点时 纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小 用两条纸带打点时摩擦阻力较大 不管用哪种方法 打完纸带后应立即切断电源 二 练习使用打点计时器 打点计时器是高中物理实验中常用的仪器 用它进行实验之前应该事先熟悉他的使用方法 1 把打点计时器固定在桌子上 对照老师准备的说明卡了解他的结构 2 按照说明把纸带装好 3 启动电源 用手水平地拉纸带 纸带上就打出一行小点 随后立即关闭电源 4 取下纸带 从能够看清的
7、某个点开始 往后数出若干个点 如果数出n个点 这些点划分出来的间隔数是多少 由此计算出纸带从第一个点到地n个点的运动时间 5 用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离 在进行实际测量之前 自己设计一个表格 用来记录以上测量值 问题2 振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因 怎样调整 1 可检查压纸框的位置是否升高 而阻碍了振动片 振针打不到纸带上 可将压纸框向下压恢复其原来位置 2 可能是复写纸该换新的了 3 可能是振动片的振幅太小 可调整振动片的位置 4 可能是振针的位置太高 调整振针的位置 直到打出点为止 5 选的电压在4V和6V的情况下 打点的清晰度有点差别 电压高的时候稍清晰 所以可调
8、高一点电压 问题3 开启电源打点完毕后要及时关闭电源 这样做有什么好处 因打点计时器是按间歇工作设计的 故长期工作可能会因线圈发热而损坏 注意 处理纸带时 从能够看清的某个点开始 往后数出若干个点 如果数出n个点 这些点划分出来的时间间隔数是多少 共 n 1 个 学生亲自手拉纸带练习使用打点计时器 自己设计表格 记录测量数据 思考与讨论怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度 测出两个点间的距离 数一下这两个点间共有多少个时间间隔 即有多少个0 02s 用这个总距离去除以所需用的时间 表1全段时间中的位移和平均速度 表2几段时间中的位移和平均速度 课堂训练 打在纸带上的点 记录了纸带的运动时间
9、如果把纸带和运动的物体连接在一起 纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置 研究纸带上的点子之间的间隔 就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移 从而了解物体的运动情况 请你用简短的语言描述图中所示每条纸带记录的物体的运动情况 四 用打点计时器测量瞬时速度思想方法 用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内的某点的瞬时速度 所取的时间间隔越接近该点 这种描述方法越准确 示例 测量出包括E点在内的D F两点间的位移 x和时间 t 算出纸带在这两点间的平均速度 用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度 可以大致表示E点的瞬时速度 D F两点离E点越近 算出的平均速度越接近E点的瞬时速度 然
10、而D F两点距离过小则测量误差增大 应该根据实际情况选取这两个点 可以大致表示E点的瞬时速度 D F两点离E点越近 算出的平均速度越接近E点的瞬时速度 然而D F两点距离过小则测量误差增大 应该根据实际情况选取这两个点 学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法 选择合适的计数点 测量包含这个点的一段时间内的位移 x 同时记录对应的时间 t 填入教材第21页中设计好的表1中 表3几个时刻的瞬时速度 课堂训练 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 用毫米刻度尺测出各点间的距离为 AC 14 0mm AD 25 0mm 那么由此可以算出纸带在AC间的平均速度为 m s 纸带
11、在AD间的平均速度为 m s B点的瞬时速度更接近于 m s 参考答案 0 350 420 35 五 用图象表示速度我们从表2中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带运动的速度变化情况 图象是表示变化规律的好方法 我们可以用图象来描述物体的速度变化情况 那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢 请同学们先看课文并回答 在方格纸上建立直角坐标系 用纵坐标表示物体运动的速度 用横坐标表示时间 根据表中各时刻的速度 将 v t 作为一组坐标在图象中描点 将点连线后得出的图象称为速度 时间图象 v t图象 简称速度图象 我们从根据实测数据所描的点 可以从这些点的走向大致看出纸带速度的变化规律 为了更清晰 你可
12、以把这些点用折线连起来 在老师的提示和帮助下连线 速度的实际变化应该是比较平滑的 所以 如果用一条平滑的曲线来 拟合 这些点 曲线反映的规律应该与实际情况更接近 012345678 0 60 50 40 30 20 1 t 10 1s v m s 1 百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗 如果有变化 你估计是怎样变化的 某位运动员的百米赛跑的成绩是10 57s 按照你的估计画出他在这段时间的v t图象的草图 如果是没有受过训练的同学跑百米 他的v t图象的形状可能有什么不同 参考提示 运动员的百米赛跑中 速度变化较大 大致可以分为三个阶段 启动阶段 速度从零迅速增大 中间阶段 这一阶段速度
13、几乎不变 冲刺阶段 速度逐渐增到最大 如果是没有受过训练的同学跑百米 他的速度可能是先增加到最大 然后又逐渐减小 小结 电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器 v t图象 表示做直线运动物体的速度随时间变化的规律 某段时间图线与时间轴围成的面积值表示该段时间内物体通过的位移大小 形状一样的图线 在不同图象中所表示的物理规律不同 课堂训练 1 对纸带上的点迹说法正确的是 A 点迹记录了物体运动的时间 B 点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况 C 点迹在纸带上的分布情况 反映了物体的体积和大小 D 点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移 ABD 课后练习 课本第24页1 2 3题
