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1、4 实验:用打点计时器测速度,一、实验目的 1.了解两种打点计时器的结构和工作原理。 2.理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。 3.理解速度时间图象的意义,掌握描点法画图象的方法,并画出该实验中的速度时间图象。,二、实验原理 1.打点计时器的原理及使用,2.根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度 (1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02 s(电源频率为50 Hz),所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度很小。 (2)根据 ,求出在任意两点间的平均速度,这里x可以用刻度尺测量出两点间的距离,t为两点间的时间间隔数与0.02 s的乘积。这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。,3.
2、瞬时速度的测定 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,如图,若测E点的瞬时速度,可测出D、F两个计数点间的位移x和时间t,E点的瞬时速度就可用D、F间的平均速度 来表示。,说明:在粗略计算E点的瞬时速度时,可利用公式 来求解,但须注意的是,如果取离E点越接近的两点来求平均速度,这个平均速度越接近E点的瞬时速度,但是距离太小会使测量误差增大,应该根据实际情况选取这两个点。,4.v-t图象与其画法 为了更直观地反映物体的运动情况,我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。 以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值,在坐标系中描点
3、,最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。,三、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源(频率是50 Hz,电火花计时器使用220 V交流电源,频率也为50 Hz)。,四、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 46 V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-
4、1个,则纸带的运动时间t= (n-1)0.02 s。 5.用刻度尺测量出从开始计数的点到第n个点间的距离x。 6.利用公式 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、。,实验指导,典例剖析,当堂检测,1.数据处理 (1)表格法:,把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做匀速直线运动。,实验指导,典例剖析,当堂检测,(2)利用v-t图象分析物体的运动: 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,
5、然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图所示的v-t图象。,实验指导,典例剖析,当堂检测,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。 图象法的优点:图象法是处理实验数据的常用方法之一。运用图象法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据等。,实验指导,典例剖析,当堂检测,2.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
6、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。,实验指导,典例剖析,当堂检测,(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。,实验指导,典例剖析,当堂检测,3.实验误差分析 (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
7、。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移x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t算错。几个计数点间的时间间隔为t=(n-1)0.02 s,而非t=n0.02 s。 (4)作v-t图象不用坐标纸、刻度尺,坐标单位选定的不合理,作图粗糙带来误差。,实验指导,典例剖析,当堂检测,【例题1】 (多选)关于打点计时器的原理和使用方法,下列说法正确的是( ) A.打点计时器应接交流电源,交流频率通常为50 Hz B.如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点,则相邻两
8、个计数点间的时间间隔是0.08 s C.如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏,则说明纸带的速度由小变大 D.电磁打点计时器接在220 V交流电源上,电火花计时器接在6 V交流电源上 解析:打点计时器使用交变电流,电磁打点计时器使用6 V以下的低压交流电源;电火花计时器使用220 V交流电源,纸带上相邻两个计数点之间有四个点,则相邻两计数点的时间间隔是0.1 s,选项A、C正确。 答案:AC,实验指导,典例剖析,当堂检测,【例题2】 在“用打点计时器测速度”的实验中,打点计时器使用的交变电流的频率为50 Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点,相邻
9、两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺,零点跟“0”计数点对齐,由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下列表格中。,实验指导,典例剖析,当堂检测,答案:1.20 5.40 12.00 0.21,实验指导,典例剖析,当堂检测,实验指导,典例剖析,当堂检测,【例题3】 某同学在做“用打点计时器测速度”的实验时,得到一条点迹清晰的纸带如图,在纸带上依次选出7个计数点,分别标以O、A、B、C、D、E和F,每相邻的两个计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源的频率是50 Hz。,(1)如果测得C、D两点间距x4=2.70 cm,D、E两点间距x5=2.90
10、cm,则据此数据计算在打D点时的速度公式为 ,小车的速度值vD= m/s。(保留三位有效数字),实验指导,典例剖析,当堂检测,(2)该同学分别算出其他点的速度:vA=0.220 m/s,vB=0.241 m/s, vC=0.258 m/s,vE=0.300 m/s,请设计表格将实验数据填入表格中,并在坐标系中作出小车运动的v-t图象,设O点为计时起点。,(3)由所作v-t图象判断小车的运动情况是怎样的?,实验指导,典例剖析,当堂检测,点拨:在计算纸带上某个点的瞬时速度时,可以该点为中心,对称地选一段距离x,找出通过x所用的时间t,该点的瞬时速度即可表示为 。时间越小,平均速度越接近瞬时速度。建
11、立速度时间坐标系,根据所求的瞬时速度,选好标度,确定计时起点(本题以O点为计时起点),描出对应时刻的速度,连线画出v-t图象。,实验指导,典例剖析,当堂检测,解析:(1)D点为CE的中间时刻,所以可以认为D点的瞬时速度等于CE间的平均速度,即 代入数据计算可得vD=0.280 m/s。 (2)实验表格:,(3)根据表中数据描点得v-t图象如图所示,从图象上可以看出物体速度随时间均匀增大,所以小车做匀加速运动。,答案:见解析,实验指导,典例剖析,当堂检测,1,2,3,4,实验指导,典例剖析,当堂检测,1.电磁打点计时器使用的电源是( ) A.交流220 V B.直流220 V C.交流10 V以
12、下 D.直流10 V以下 答案:C,1,2,3,4,2.(多选)在“使用打点计时器测速度”的实验中,除电源、纸带外,还需选用的仪器是( ) A.停表 B.刻度尺 C.速度计 D.打点计时器 解析:由打点计时器在纸带上打下的点的间隔数可知任意两点间的时间间隔,故不需要停表,再利用刻度尺测出两点间的位移就可进一步求出平均速度,故不需要速度计。实验中需要用刻度尺测量纸带上各点间的位移。 答案:BD,实验指导,典例剖析,当堂检测,1,2,3,4,3.(多选)在利用打点计时器测速度的实验中,下列说法正确的是( ) A.先接通电源,后拉动纸带 B.先拉动纸带,后接通电源 C.电火花计时器使用6 V以下的交
13、流电源 D.连续n个计时点间的时间为(n-1)0.02 s 解析:实验中,应先接通电源,再拉动纸带,选项A正确,B错误;电火花计时器的工作电压为220 V,选项C错误;打点计时器每隔0.02 s打一个点,连续n个计时点间的时间为(n-1)0.02 s,选项D正确。 答案:AD,实验指导,典例剖析,当堂检测,1,2,3,4,4.利用实验“用打点计时器测速度”有关知识,回答下列问题: (1)打点计时器所用的电源应为 ; A.干电池3节 B.学生电源直流输出 C.学生电源交流输出 D.蓄电池 (2)打点计时器打点的周期为T,学生实验时打出的一条纸带的一部分如图,则打B点时纸带运动的速度为 。,实验指导,典例剖析,当堂检测,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,4,解析:(1)电磁打点计时器所用的电源为低压交流电源,选项C正确;(2)打B点时纸带的速度可认为等于从A到C过程中的平均速度,即 。,答案:(1)C (2),
