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1、4实验：用打点计时器测速度实验 目的 1.练习使用电磁打点计时器或电火花计时器 2学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况 3利用vt图象分析实验数据，描述物体的运动 实验 器材 打点计时器(电磁打点计时器和电火花计时器)、纸带、刻度尺、复写纸、墨粉纸盘、低压交流电源、导线 实验原理 1.两种打点计时器当接通50 Hz的交流电时，都是每隔0.02 s打一次点 2当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，线段上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移，根据平均速度的定义式v ，当t很短时，可以认为 等于t时刻的瞬时速度 一、识记部分1打点计时器
2、的原理及使用电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示工作电压 V交流电 V以下交流电 打点方式周期性产生电火花 周期性上下振动 打点周期0.02 s 0.02 s 记录信息位移、. . 温馨提示打点计时器是一种计时仪器，它使用交流电源，打点周期由交流电的周期决定2. 用打点计时器测瞬时速度打过点的纸带，如图141所示根据量出A、D间的距离x和时间间隔t算出A、D间的平均速度. .用这个速度代表纸带经过B点时的 ，如果t再小一些，如A、C之间，用A、C间的平均速度代表B点的瞬时速度会更精确图1413利用vt图象分析物体的运动(1)vt图象作法用横轴表示 ，纵轴表示 ，建立直角坐标系根据测量的数据在
3、坐标系中描点，然后用 把这些点连接起来，即得到如图142所示的vt图象(2)vt图象的意义vt图象非常直观地反映了速度随 变化的情况，它并不是物体运动的轨迹二、理解部分实验过程一、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6 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随后关闭电源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，那么这n个点的间隔数为n1，则纸带的运动时间t(n1)0.02 s.5用刻度尺测量出这几个点间的距离x.6利用公
4、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，以后每隔四个点分别标上A、B、C、D作为“计数点”，如图143所示，依次测出O到A、B、C、D的距离，再分别算出O到A、A到B、B到C之间的距离x1、x2、x3.图143二、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、vB、vC，vD.把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动位置 ABCDEF(xnxn1)/(m) v/(m/s) 2.根据以上表格数据作出速度时间图象，通过图象判断物体的运动性质三、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
5、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搞错计数点间涉及到n个打印点，计数点间的时间间隔为t(n1)0.02 s而非tn0.02 s.4作vt图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差四、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
6、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教材资料分析思考与讨论怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？如果纸带上的点迹分布不均匀，那么，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？点拨测出纸带上两点间的距离，数一下两点间有多少个时间间隔，即有多少个0.02 s，用距离除以时间即得到平均
7、速度点迹密集，表示相同时间内发生的位移小，即运动的速度较小说一说百米赛跑时运动员的速度从始至终不变吗？如果有变化，你估计是怎样变化的？某位运动员百米赛跑的成绩是10.57 s，按照你的估计画出他在这段时间的vt图象的草图如果是没有受过训练的同学跑百米，他的vt图象的形状可能有什么不同？点拨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，这一阶段速度几乎不变；冲刺阶段，速度逐渐增加到最大如图甲所示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，如图乙所示.三、题型应用部分【典例1】 电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器，
8、它的工作电压为_，当电源频率为50 Hz时，它每隔_s打一次点使用电磁打点计时器时，应将纸带穿过_，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的_面；应把_电源用导线接在接线柱上；打点时应先_，再让纸带运动解析电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，需要使用6 V 以下的低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上两个点之间的时间间隔为一个周期即0.02 s，使用电磁打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，并放在纸带的上面，打点时应先接通电源，再让纸带运动 答案交流6 V以下0.02限位孔上低压交流接通电源 借题发挥使用打点计时器时要特别注意：(1)使用交流电源：电磁打点计时器使用低压交流电
9、源输出的6 V以下的交流电；电火花计时器使用220 V的交流电(2)使用打点计时器打点时，应先接通电源让计时器打点，再释放纸带使其运动【变式1】 电磁打点计时器振针打点周期决定于()A交变电压的高低 B交变电流的频率C永久性磁铁磁性的强弱 D振针与复写纸间的距离解析电磁打点计时器打点周期与交流电的周期相同，是交流电频率的倒数，B对答案B【典例2】 如图144所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02 s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两个间隔选定的计数点根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打
10、O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？图144解析根据平均速度和瞬时速度的定义式求解AD段的平均速度AD cm/s231.25 cm/s2.312 5 m/s.B点的瞬时速度vB cm/s212.50 cm/s2.125 0 m/s.无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，不知道OD段的时间间隔答案2.312 5 m/s2.125 0 m/s当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，不能不知道OD段时间借题发挥该题平均速度可由v求出，求瞬时速度时，应当取包含该点的尽可能短的时间间隔，应用“极限”的思想求物体的瞬时速度，由平均速度代替瞬时速度如若要求纸带上P点的速度，通常是
11、求出P点前、后相邻两点间的平均速度，以此来代替P点的瞬时速度【变式2】 一同学利用打点计时器打出的纸带分析小车的运动速度时，从几条纸带中选出了一条不很完整的纸带，如图145所示纸带上有六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50 Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位是厘米图145(1)计算06点之间的平均速度；(2)打点计时器打第4个点时小车的瞬时速度接近多少？解析(1)0到6点间的平均速度为：v102 m/s0.676 m/s0.68 m/s(2)当打点计时器打第4个点时，小车的瞬时速度应当最接近于35点间的平均速度，则v4102 m/s0.834 m/s0.
12、83 m/s.答案(1)0.68 m/s(2)0.83 m/s【典例3】 如图146所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T0.1 s.图146(1)依据公式vn求B、C、D三点速度大小解析(1)本题要用公式vn求出各点的瞬时速度，也就是说某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的速度则vB cm/s1.755 m/svC cm/s2.955 m/svD cm/s4.035 m/s(2)以v为纵坐标，以T为横坐标建立vT坐标系，描出vB1.755 m/s，vC2.955 m/s，vD4.035 m/s 的点，作过以上三点的连线得直线BD，
13、如图所示由vT图象可知，小车的速度均匀增加答案(1)vB1.755 m/svC2.955 m/svD4.035 m/s(2)见解析图147【变式3】 图147是甲、乙两物体运动的速度图象，下列说法正确的是()A物体甲处于静止状态B物体乙刚开始时以5 m/s的速度与甲物体反向运动C物体乙在最初3 s内的位移是10 mD物体乙在最初3 s内的路程是10 m解析甲速度图象是平行于t轴的直线，因此甲做匀速直线运动，A错误乙物体在第1 s内向正方向做速度为5 m/s的匀速直线运动，第2 s内静止，第3 s内沿负方向做速率为5 m/s 的匀速直线运动，故B错误；乙在第1 s内的位移为x1v1t15 m，在
14、第2 s内的位移为x20，在第3 s内的位移为x3v3t35 m，所以物体乙在最初3 s内的位移为xx1x2x30，故C错误；物体乙在最初3 s内的路程为：x|x1|x2|x3|10 m，故D正确答案D四、题型巩固部分打点计时器的原理和使用1使用打点计时器时应注意()A无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带C使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行D打点计时器只能连续工作很短时间，打点之后要立即关闭电源解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花打点计时器不用复写纸，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B正确；为减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C正确；打点
