04 實驗：用打點計時器測速度

1、第4節(jié) 用打點計時器測速度自主學習、明確目標1了解電磁打點計時器和電火花打點計時器的基本構成，知道打點計時器的計時原理，并學會安裝并使用打點計時器。2學會根據(jù)紙帶上的點分析速度的變化情況，并學會測定平均速度和測量瞬時速度。3明確速度時間圖象的意義，描點法畫圖象的方法，并畫出實驗中的速度時間圖象。4通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。5通過畫速度時間圖象培養(yǎng)學生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力，體驗數(shù)學工具在物理發(fā)展中的作用。6重點：由紙帶計算物體運動的瞬時速度。7難點：對紙帶數(shù)據(jù)的處理。研討互動、問題生成【問題1】怎樣測

2、定物體的運動速度【問題2】電磁打點計時器用低壓交流電源工作，能不能用直流電源呢，為什么?【問題3】從原理上講兩種打點計時器哪中誤差更小，為什么?【問題4】打點計時器能記錄哪些信息? 電磁打點計時器中怎樣安放復寫紙和紙帶?【問題5】為什么要先打開電源讓打點計時器先工作再松手打紙帶?【問題6】怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度?【提出你的疑惑】：典例探究 方法歸納【探究1】打點計時器的原理例1、電磁打點計時器的打點周期取決于 ( )A交流電壓的高低 B交流電的頻率C永久磁鐵的磁性強弱 D振針與復寫紙間的距離 答案：B解析：電磁打點計時器的打點周期，即振針擊打復寫紙和紙帶的周期，從它利用電磁感應

3、打點的原理可知，振針是由振片帶動振動的，而振片上下振動的周期就是線圈中磁場變化的周期，與所用交流電源的電流方向變化周期相對應也就是交流電的周期，等于交流電的頻率的倒數(shù)，即若使用電源的頻率為50Hz，則交流電的周期為1/50s002s我國使用的交流電的頻倒數(shù)，即若使用電源的頻率為50Hz，則交流電的周期為頻率統(tǒng)一為50 Hz。點悟：熟悉物理儀器的原理，是做好物理實驗的前提?！揪毩?】電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，根據(jù)打點計時器打出的紙帶，我們可以從紙帶上直接得到的物理量是( )A時間間隔 B位移 C加速度 D平均速度解析：從打下的紙帶上數(shù)一下點的個數(shù)就知道時間，因為兩個點的時間間隔

4、為0.02s.故A選項正確。用刻度尺量一下任意兩個點間的距離，就知道了物體的位移。故B選項正確。從紙帶上不能直接得到加速度、平均速度，只可以間接計算。故C、D選項錯誤。答案：AB【探究2】利用打點計時器打出的紙帶求平均速度【例2】用同一底片對著小球運動的路徑每隔0.1 s拍一次照，得到的照片如圖1所示，求小球的平均速度。圖1解析：根據(jù)題意，小球從1 cm到6 cm位置，位移s5 cm，所用時間t0.3 s，平均速度vst0.17 ms。點評：本題初看是一新情景的題，經(jīng)分析可看出本題的做法與利用打點計時器打出的紙帶進行數(shù)據(jù)處理的方法一致題目不難，學生能很快求出平均速度所以培養(yǎng)學生的遷移能力是非常

5、重要的【練習2】某次打點計時器在紙帶上依次打出A、B、C、D、E、F等一系列的點，測得距離AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。通過計算說明在打A、F點的時間間隔內(nèi)，紙帶是否做勻速直線運動。如果是，則求速度；如果不是，則求平均速度。已知打點時間間隔為0.02s。提示：計算距離AB、BC、CD、DE、EF是否相等。解析：AB=11.0mm, BC=ACAB=15.5mm, CD=ADAC=13.5mm, DE=AEAD=8.1mm, EF=AFAE=14.4mm, 各段距離不等，說明在打A、F點的時間間隔內(nèi)，紙帶不是做勻速直線

6、運動。m/s=0.625m/s。點悟：物體做勻速直線運動的判據(jù)是：在相等的時間間隔內(nèi)，物體的位移均相等。【探究3】利用打點計時器打出的紙帶求瞬時速度并畫速度一時間圖線。例2、如圖2所示，是一條利用打點計時器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各計數(shù)點到0的距離如圖所示，求出各計數(shù)點的瞬時速度并畫出速度一時間圖線。 圖2解析：(1)1點是0、2間的中間時刻，求出0、2間的平均速度即可認為是1點的瞬時速度，同理2、3、4、5點的瞬時速度也可求出，0和6兩個點的瞬時速度不便求出，然后畫出速度一時間圖線，注意相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.1s。即:v

7、1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。(2) 以O點為坐標原點建立直角坐標系橫坐標：表示時間縱坐標：表示速度 圖3根據(jù)第一問計算出的結果在直角坐標系中描點，然后連線得到圖象如圖3所示。合作探究，問題解決探究一：打點計時器的原理和用途1、下列關于使用打點計時器的說法，其中正確的是 ( )A不要在未放紙帶時通電打點，每次打點完畢，應及時切斷電源，切忌長時間通電使用B每打完一條紙帶，要將復寫紙調(diào)整一下，確保下一次打點清晰C若發(fā)現(xiàn)振片振幅不穩(wěn)定，應調(diào)節(jié)振片螺母，以使振動穩(wěn)定D若打出的點帶尾巴或雙點，則是由于打點針太長所造成的，應適

8、當調(diào)節(jié)打點針的長度答案：ABCD2、下列關于打點計時器的說法中正確的是( )A打點計時器使用低壓直流電源B打點計時器使用低壓交流電源C使用打點計時器打出的紙帶相鄰兩個點的時間間隔為0.02 sD使用打點計時器打出的紙帶相鄰兩個點的時間間隔為0.1 s答案：BC3、使用打點計時器時應注意( )A無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器，都應該把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復寫紙片壓在紙帶的上面B使用打點計時器時應先接通電源，再拉動紙帶C使用打點計時器在拉動紙帶時，拉動的方向應與限位孔平行D使用打點計時器時應將打點計時器先固定在桌子上答案：BCD4、利用打點計時器打出的紙帶可求出 ( )A能準確求

9、出某點的瞬時速度B能粗略地求出某點的瞬時速度C能準確求出某位移內(nèi)的平均速度D可利用某時段的平均速度代表某點的瞬時速度答案：BCD探究二：紙帶選取和誤差分析5、當紙帶與運動物體連接時，打點計時器在紙帶上打出點跡。下列關于紙帶上點跡的說法中正確的是（ ）A點跡記錄了物體運動的時間B點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移C紙帶上點跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀D紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況解析：打點計時器每隔一定的時間（當電源頻率為50Hz時，打點的時間間隔為0.02s）打下一個點，因而點跡記錄了物體運動的時間，也記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移；點跡的分布情況

10、反映了物體的運動情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀。正確選項為A、B、D。答案：ABD6、通過打點計時器得到的一條打點紙帶，如果點的分布不均勻，那么是點密集的地方紙帶運動速度比較大，還是點稀疏的地方紙帶運動速度比較大？為什么？解析：根據(jù)平均速度公式進行討論，打點計時器打點的時間間隔t保持不變，點稀疏的地方x大，從而紙帶的運動速度比較大。答案：點稀疏的地方速度大。7、電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，振針每隔0.02 s在紙帶上打一個點，現(xiàn)在用此打點計時器測定物體的速度，當電源的頻率低于50 Hz時，數(shù)據(jù)計算仍然是按照每隔0.02 s打一個點來處理的則測出的速度

11、數(shù)值與物體的實際速度相比，是偏大還是偏小?為什么?解析：當電源頻率低于50 Hz時，實驗中實際時間間隔大于0.02 s，數(shù)值計算時如按照實際時間間隔，得到實際速度，若實驗時仍用0.02 s作為時間間隔來計算，實驗數(shù)值比物體的實際速度偏大。答案：速度偏大探究三：紙帶上的數(shù)據(jù)處理 8、如圖4所示，根據(jù)打點計時器打出的紙帶判斷哪條紙帶表示物體做勻速運動 （ ）ABCD圖4答案：B9、某興趣小組的同學們在做“用打點計時器測速度”的實驗中，讓重錘自由下落，打出的一條紙帶如圖5所示，圖中直尺的單位為cm，點O為紙帶上記錄到的第一點，點A、B、C、D依次表示點O以后連續(xù)的各點。已知打點計時器每隔T=0.02

12、 s打一個點。 圖5（1）打點計時器打下點G時重錘的速度可用表達式vG=_進行計算，式中各量的意義是_（2）用上式計算出打下點G時重錘的速度為vG=_m/s答案：(1)，F(xiàn)H表示F、H兩點間的距離；T表示兩點之間的時間（2）vG= 1.30 m/s; 10、如圖6所示是用紙帶拖動小車用打點計時器測定速度打出的一條紙帶A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的記數(shù)點相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s試求：打點計時器打下B、C、D各點時小車的瞬時速度。 圖6答案：vB=0.26m/s，vC=0.30m/s，vD=0.34m/s點精示例，鞏固提高例1、使用打點計時器時，如果發(fā)現(xiàn)紙帶上打出的點不清晰，那么

13、可能是什么原因？如何采取措施？ 提示：可從復寫紙和打點兩方面尋找原因。解析：點跡不清的原因及應采取的措施主要有：（1）復寫紙使用過久，可調(diào)整復寫紙位置，或更換復寫紙；（2）電源電壓過低，導致打點太輕，可適當提高電源電壓；（3）振針位置偏高，同樣會導致打點太輕，可適當調(diào)低振針。點悟：做實驗時，難免會遇到儀器發(fā)生故障。要注意培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題、對癥下藥排除故障的能力，這也是一種基本的實驗能力。圖7例2、如圖7為某次實驗時打出的紙帶，打點計時器每隔0.02s打一個點，圖中O點為第一個點，A、B、C、D為每隔兩點選定的計數(shù)點。根據(jù)圖中標出的數(shù)據(jù)，打A、D點時間內(nèi)紙帶的平均速度有多大？打B點時刻紙帶的瞬時

14、速度有多大？計算的依據(jù)是什么？你能算出打O、D點時間內(nèi)紙帶的平均速度嗎？為什么？提示：根據(jù)平均速速度和瞬時速度的定義式求解。解析：AD段的平均速度cm/s=231.25cm/s。當時間間隔很短時，可以用平均速度代替瞬時速度，故B點的瞬時速度cm/s=212.50cm/s。無法算出OD段的平均速度，因為不知道O、D間有多少個點，因而不知道OD段的時間間隔。答案：231.25cm/s、212.50cm/s、不能。點悟：注意計數(shù)點與計時點之間的區(qū)別。計時點是打點計時器實際打出的點，而計數(shù)點則是測量時從計數(shù)點中按一定的標準選出的點。要點歸納，反思總結1、電磁打點計時器和電火花計時器都是記錄運動物體在一定時間間隔內(nèi)位移的儀器電磁打點計時器：靠電磁感應帶動探針振動通過復