1-4實驗：用打點(diǎn)計時器測速度.doc

中小學(xué)1對1課外輔導(dǎo)專家 龍文教育學(xué)科教師輔導(dǎo)講義課 題用打點(diǎn)計時器測速度教學(xué)目標(biāo)學(xué)會用打點(diǎn)計時器測物體的速度重點(diǎn)、難點(diǎn)打點(diǎn)計時器的使用考點(diǎn)及考試要求熟練掌握教學(xué)內(nèi)容實驗?zāi)繕?biāo)：1、知道打點(diǎn)計時器的構(gòu)造和原理，學(xué)會使用打點(diǎn)計時器，能根據(jù)打出的紙帶計算打幾個點(diǎn)所用的時間，會計算紙帶的平均速度，能根據(jù)紙帶粗略測量紙帶的瞬時速度，認(rèn)識v-t圖象，并能根據(jù)v-t圖象判斷物體的運(yùn)動情況。2、通過速度測量過程的體驗，領(lǐng)悟兩個方法：一是用圖象處理物理數(shù)據(jù)的方法；二是極限法或說無限趨近法，加強(qiáng)一個認(rèn)識，實驗是檢驗理論的標(biāo)準(zhǔn)。實驗器材：電源（220V電源或?qū)W生電源），打點(diǎn)計時器，紙帶，刻度尺（最好是塑料透明的），導(dǎo)線實驗準(zhǔn)備：1、仔細(xì)觀察電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器，對照課本，比較它們的異同。2、兩類打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)時間間隔是多少？3、分析紙帶時，如何計算紙帶的平均速度。4、嚴(yán)格地說，瞬時速度我們引進(jìn)測量出來的，你知道用什么方法求出的速度可以代替某點(diǎn)的瞬時速度嗎？5、從器材上讀取的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)是寶貴的實驗資料，要嚴(yán)肅對待，要整齊的記錄，妥善保存。實驗原理：1、電磁打點(diǎn)計時器。電磁打點(diǎn)計時器是一種使用交流電源的計時儀器，工作電壓為46V。當(dāng)電源的頻率是50Hz時，它每隔0.02s打一個點(diǎn)。電磁打點(diǎn)計時器是應(yīng)用電磁原理制成的，圖1是它的工作原理圖。通電前，先在打點(diǎn)計時器上裝上紙帶，并把復(fù)寫紙片壓在紙帶上。然后把線圈與50Hz、46V的交流電源接通。這時，振片被磁化，在磁力作用下振動起來。每0.02s振針壓打復(fù)寫紙一次，被運(yùn)動物體拖著的紙帶上便記錄下一系列的點(diǎn)子，這些點(diǎn)相應(yīng)地表示運(yùn)動物體在不同時刻的位置，相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔是0計時器 0.02s。我們對紙帶上這些點(diǎn)之間的距離進(jìn)行測量，就可以定量地研究物體的運(yùn)動規(guī)律。 2、電火花計時器。電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點(diǎn)跡的計時器，它的構(gòu)造如圖2所示。使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，并夾在兩條白紙之間。當(dāng)接通用220V交流電源，按下脈沖輸出開頭時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接到負(fù)極的紙盤火花放電，于是在運(yùn)動的紙帶1上打出一列點(diǎn)跡。當(dāng)電源頻率是50Hz時，它也是每隔0.02 s打一次點(diǎn)。 這種計時器工作時，紙帶運(yùn)動時受到的阻力小，實驗誤差小。 上面介紹的兩種計時器打點(diǎn)的時間間隔都是T=0.02s，因此，打在紙帶上的點(diǎn)，記錄了紙帶運(yùn)動的時間。如果把紙帶跟運(yùn)動物體連接在一起，紙帶上的點(diǎn)子就相應(yīng)地表示出運(yùn)動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上的點(diǎn)子之間的間隔，就可以了解運(yùn)動物體在不同時間里民生的位移，從而了解物體運(yùn)動的情況。實驗步驟：1把電火花計時器固定在桌子上，檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在紙盤軸上，檢查兩條白紙帶是否已經(jīng)正確地穿好，墨粉紙盤是否在兩條紙帶之間。2把計時器上的電源插頭在220V交流電源插座上。3按下脈沖輸出開頭，用手水平地拉動兩條紙帶，紙帶動上就打上一列車員小點(diǎn)。4取下紙帶，從能看得清規(guī)戒律的某個點(diǎn)數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點(diǎn)。如果共有n個點(diǎn)，點(diǎn)子的間隔數(shù)則為（n-1）個，用t=0.02（n-1）計算出紙帶的運(yùn)動時間t。5用刻度尺測量一下，打下這些點(diǎn)，紙帶通過的距離s有多長6利用公式計算紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度。把測量和計算的結(jié)果填入表一中。7選取一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。8從能夠看清的某個點(diǎn)開始，每隔0.1s取一個點(diǎn)，在紙帶上用數(shù)字0，1，2 .5標(biāo)出這些“測量點(diǎn)”，測量包括每個點(diǎn)的一段位移x,記錄在表二中，同時記錄相對應(yīng)的時間，以測量該點(diǎn)的瞬時速度。9計算出各點(diǎn)附近的平均速度，把它當(dāng)作計時器打下這些點(diǎn)時的瞬時速度，填入表三中，點(diǎn)0作為計時的開始，即t=0。10以速度v為縱軸，以時間t為橫軸在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)表二的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸上描點(diǎn)，將這些點(diǎn)用平滑的曲線連接起來。11通過曲線的走向大致看出手的速度變化規(guī)律，將你的實驗結(jié)果與其他同學(xué)交流一下，說出你的體會。12重復(fù)以上步驟再做一次。如果用電磁打點(diǎn)計時器，則實驗步驟的前3步相應(yīng)地應(yīng)當(dāng)是：1 把打點(diǎn)計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過兩個限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面。2 把電磁打點(diǎn)計時器的兩個接線柱用導(dǎo)線分別與6V的低壓交流電源的接線柱相連接。3 打開電源開關(guān)，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打出一列小點(diǎn)。表一：實驗次數(shù)點(diǎn)子數(shù)n點(diǎn)子間隔數(shù)n-1運(yùn)動時間t/s位移s/m平均速度/m/s12表二：位置012345/m/s0.060.060.060.060.060.06v/（m/s）表三：位置012345t/s0v/（m/s）注意事項：1 要認(rèn)清楚你使用了哪種類型的打點(diǎn)計時器，電磁打點(diǎn)計時器要使用10V以下的交流學(xué)生電源；而電火花計時器則直接使用220V的交變電流。2 開頭的點(diǎn)跡很密集，這是由于先接通電源后拉動紙帶和開始時的速度比較慢而造成的，數(shù)點(diǎn)時不能從開始處數(shù)，而要向后看，從能夠看清的某個點(diǎn)開始。3 如果數(shù)出了n個點(diǎn)，那么，他們的間隔數(shù)是（n-1）個。他們所用的運(yùn)動時間為（n-1）0.02s.4 打點(diǎn)計時器要固定好，在使用時打點(diǎn)計時器不允許松動。5 打點(diǎn)計時器打點(diǎn)結(jié)束時要立刻切斷電源。6 要保證手每一次“水平地拉動紙帶”。7 可以大致表示某包含點(diǎn)的瞬時速度，兩邊點(diǎn)離得越近算出的平均速度接近B點(diǎn)的瞬時速度，但過小的間距也會增大測量的誤差，應(yīng)根據(jù)課本中的例子仔細(xì)選取。8 測量點(diǎn)要每隔0.1s選一個，即每隔六個點(diǎn)取一個點(diǎn)，而測量點(diǎn)的、的選取上應(yīng)取前一個點(diǎn)，后兩個點(diǎn)之間。即：v=。9 建立坐標(biāo)系要根據(jù)實際情況取合適的單位，以便曲線能分布于大部分的坐標(biāo)系中。怎樣描繪實驗圖線處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法之一是圖象法。運(yùn)用圖象法處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，能比較直觀地表達(dá)物理規(guī)律，能夠減小偶然誤差對結(jié)果的影響，能夠較方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理量數(shù)值。這里我們著重介紹一下怎樣描繪實驗圖線。1 描繪圖線時，一般以橫坐標(biāo)代表自變量，以縱坐標(biāo)代表因變量，在軸的末端箭頭旁邊注明代表的物理量及其單位。例如，要描繪做勻速直線運(yùn)動物體珠速度圖象，即以時間為橫坐標(biāo)，以瞬時速度為縱坐標(biāo)，在縱軸和橫軸末端箭頭旁分別標(biāo)注t/s012345v/（m/s）00.100.210.300.390.502 根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸的標(biāo)度（即每格所代表的量值），使橫軸與縱軸的全長（表示數(shù)據(jù)的最大值的長度）接近相等，圖線大約分布在以坐標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)，以橫坐標(biāo)為一條邊角之間，并盡可能使最小分度與測量的準(zhǔn)確程度相一致。例如，在繪制速度圖象的實驗數(shù)據(jù)中（見上表），最大數(shù)值為時刻，速度，我們在橫軸上取1格表示1s,在縱橫軸上取1格表示0.10m/s, 橫軸和縱軸的全長都占5格，且測量的準(zhǔn)確值在圖上也能確切標(biāo)出。當(dāng)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)時，坐標(biāo)的原點(diǎn)可以不從零開始，這樣可以使圖線分布勻稱。例如，上述速度圖象中，如果t=0,v0=0.20m/s,則v軸的原點(diǎn)可以從0.20開始。教學(xué)中的幾點(diǎn)考慮注意培養(yǎng)學(xué)生的實驗素質(zhì)。實驗課以學(xué)生活動為主，各種活動應(yīng)有序進(jìn)行。指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文、說明卡，對照課文和說明卡觀察儀器結(jié)構(gòu)、了解儀器功能、操作要領(lǐng)。認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，小組之間可以交流、對比實驗情況。如有意識的變速拉動紙帶，觀察紙帶上打出的點(diǎn)起始部分、中間部分、最后部分有什么變化？其他小組打出的點(diǎn)有什么不同，這些差異都說明什么問題？以提高對實驗現(xiàn)象的觀察力。要求學(xué)生尊重原始測量的數(shù)據(jù),不能隨意改動,實驗測量的原始數(shù)據(jù)是研究實驗現(xiàn)象,尋找結(jié)論和規(guī)律的基本依據(jù),也是檢驗,評價實驗結(jié)果的依據(jù).尊重原始測量數(shù)據(jù),是良好實驗素質(zhì)和科學(xué)精神的具體表現(xiàn).注意理解一些名詞,概念.如計時點(diǎn),計數(shù)點(diǎn),兩個計數(shù)點(diǎn)之間的位移,平均速度,某時刻的瞬時速度是怎樣求得的.各組交流v-t圖象的異同,研究異同的原因.畫v-t圖象是,橫軸,縱軸單位長度的確定要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的最大值,最小值合理選取,使描繪的圖象v-t能充滿坐標(biāo)平面的大部分空間.;說明卡片內(nèi)容建議(以電磁打點(diǎn)計時器為例)在桌邊固定打點(diǎn)計時器；將復(fù)寫紙