高中物理--实验：用打点计时器测速度 导学案

高中物理--实验:用打点计时器测速度导学案

学习目标

1.学会使用打点计时器，能根据纸带研究物体的运动情况.

2.能根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度.

3.能够根据纸带粗略测量物体的瞬时速度.

4.认识v t图象，能根据图象分析物体的运动情况.

自主探究

1.仪器构造

(1)下图为电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称分别是:①，②，③，④，⑤，⑥，⑦，⑧.

(2)下图为电火花计时器的构造图

2.仪器原理

电磁打点计时器是一种使用交流电源的仪器，工作电压是，当电源的频率是50Hz时，它每隔打一个点，通电前把纸带穿过，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面，接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，便振动起来，带动其上的上下振动.这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸片在纸带上留下一行小点，如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示

相应时间间隔中物体的.

电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似，这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力比较，实验误差也就比较.

3.速度时间图象(v t图象)是用来描述随变化关系的图象.

合作探究

一、练习使用打点计时器

(一)实验步骤

1.把打点计时器固定在桌子上，纸带穿过，把复写纸片套在，并且压在纸带上面，振针位于复写纸片的方.

2.把打点计时器的两个接线柱分别用导线接到的低压交流电源的两个接线柱上.

3.打开电源开关，用手水平地牵拉纸带，纸带被打上了许多小点，随后立即关闭电源.

4.取下纸带.

(二)数据处理

1.从能看清的某个点开始，往后数出n个点，这些点划分出来的间隔数是.

2.计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间为.

3.用刻度尺测量出两个点之间的距离，可以表示打下这两点时间内的.

二、用打点计时器测量速度

1.从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个“计数点”，即每隔s取一个“计数点”，在纸带上用数字0，1，2，3，4，5，…标出这些“计数点”，测量包括某个点的一段位移Δx，记录在表格中，同时记录相对应的时间Δt，以测量该点的.

2.实验数据记录

计数点0 1 2 3 4 5

位移Δx

时间Δt

速度v

3.“0、2”两点离“1”点越近，算出的平均速度越接近“1”点的.

三、用图象表示速度

1.在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示，用横坐标表示，设定合适的刻度，注明单位.

2.根据表中各时刻的速度，在图象中严格按实验数据描点.将点连线后得出的图象称为图象.

3.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.

4.速度的实际变化应该是比较平滑的，所以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.

课堂检测

1.在研究小车的运动实验中，由打点计时器打出纸带，关于选取计数点的说法中，不正确的是()

A.用计数点进行测量计算，既方便又可减小误差

B.相邻计数点间的时间间隔应是相等的

C.相邻计数点间的距离应当是相等的

D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来的，相邻计数点间点痕的个数相等

2.电磁打点计时器是一种使用交流电源工作的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是()

A.时间

B.位移

C.瞬时速度

D.平均速度

3.在用“图象法”处理实验数据时，为了减小误差()

A.应使纵、横坐标每单位长度表示的数值大一些

B.应使纵、横坐标每单位长度表示的数值小一些

C.为使图线通过每个实验数据点，应使图线画成折线

D.应使图线画成直线或光滑曲线，让实验数据点大致均匀分布在图线附近，对于个别离线较远的点可以舍去

4.在练习使用打点计时器时，小车拖动纸带运动并在纸带上面打下一系列的小点，根据你打出的纸带，在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时()

A.应通过测量纸带表示的运动的全程来判断

B.必须通过计算任意两点间的平均速度来判断

C.必须通过计算全程的平均速度来计算

D.可以通过测量每相邻两点间的距离，看其是否相同来判断

5.如图所示为某次实验中打出的一条纸带，图中O为小车运动的起始点，O点到A点之间点迹密集且有部分点不清晰.A、B、C、D、E、F、G为所选取的计数点，相邻两个计数点之间有4个点未画出，电源频率为50Hz，用毫米刻度尺测量.可得()

A.从O点到F点运动的时间为6×0.1s

B.从O点到F点运动的时间为6×0.02s

C.从A点到F点运动的平均速度==

D.通过测量x OG的长度，可知小车从O到G的位移大小

6.使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中:

(1)在下列基本步骤中，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.

7.若电源的频率为50Hz时，振针每隔0.02s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值.

8.在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择标0、1、2、3、4、5的6个计数点，相邻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，刻度零点跟“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.

距离d1d2d3

测量值/cm

计算打计数点“2时”小车的瞬时速度v2= m/s.

9.如图是一条记录小车运动情况的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E 5个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接在220V、50Hz的交流电源上.

(1)由纸带上的数据计算v B= m/s，v C= m/s，v D= m/s.

(2)在如图所示坐标系中作出小车的v t图线(以打A点时开始计时).(此题计算结果均保留三位有效数字)

参考答案

自主探究

1.①接线柱②线圈③永久磁铁④振片⑤振针⑥限位孔⑦复写纸⑧纸带

2.计时4~6 V0.02s限位孔振片振针位移小小

3.速度时间

合作探究

一、练习使用打点计时器

(一)实验步骤

1.限位孔定位轴上

2.4~6 V

(二)数据处理

1.n-1

2.(n-1)×0.02s

3.位移

二、用打点计时器测量速度

1.0.1瞬时速度

3.瞬时速度

三、用图象表示速度

1.速度时间

2.速度—时间

课堂检测

1.C

2.AB解析:从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点间的时间间隔为0.02s，故选项A正确;用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移，故选项B正确;从纸带上不能直接得到瞬时速度和平均速度，只能间接计算，故选项C、D错误.

3.BD

4.D

5.CD解析:因OA之间所打点的情况未知，也就不能确定从O点到F点运动的时间，选项A、B错误;由题意，相邻计数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s，则从A点到F点运动的平均速度==，选项C正确;OG之间的长度，等于小车从O到G的位移大小，选项D正确.

6.解析:电火花计时器的特点是:打点是靠放电针和墨粉纸盘之间火花放电来实现的，故其操作步骤和电磁打点计时器是相仿的，墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用.墨粉纸盘夹在纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动.

答案:(1)ABDEC(2)纸盘轴墨粉纸盘

7.解析:当交流电源的频率低于50Hz时，打点计时器打一次点的时间间隔t将大于0.02s，因此当t时间内的位移仍按0.02s内的位移计算时，根据此数据测出的速度将比真实值偏大.答案:偏大

8.解析:读数时，应注意估读一位，三个读数分别为d1=1.20cm、d2=5.40cm、d3=12.01cm.相邻两计数点之间还有四个点未画出，所以相邻计数点间的时间间隔T=0.1s，则v2==m/s=0.21m/s.

答案:1.205.4012.010.21

9.解析:(1)由题意知，相邻两计数点间的时间为T=0.1s.

v B ==m/s=1.38m/s;v

C

=m/s=2.64m/s;v

D

==m/s=3.90m/s.

(2)图象如图所示

答案:(1)1.382.643.90(2)如解析图