高中物理 實驗用打點計時器測速度 新人教版必修

1、高中物理 實驗用打點計時器測速度課件 新人教版必修第1頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第4節(jié)實驗：用打點計時器測速度同步導(dǎo)學(xué)方案課后強化演練第2頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第3頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四一、誤差的分類與比較1根據(jù)誤差來源的不同，誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差(1)偶然誤差：偶然誤差是由于各種偶然因素對實驗者和實驗儀器的影響而產(chǎn)生的例如讀儀表時，眼睛可能一次偏右、一次偏左，電表指針轉(zhuǎn)動時的摩擦可能一次偏大、一次偏小第4頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四偶然誤差的特點：實驗結(jié)果有時

2、偏大，有時偏小；重復(fù)實驗時，偏大、偏小的機會接近減小偶然誤差的方法是取多次實驗的平均值作為實驗結(jié)果(2)系統(tǒng)誤差：由儀器結(jié)構(gòu)缺陷、實驗方法不完善造成的其來源為：a實驗儀器本身的誤差；b實驗原理不夠完備；c實驗方法粗略第5頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四系統(tǒng)誤差的特點：實驗結(jié)果總是具有相同的傾向性，即總是偏大或偏小減小系統(tǒng)誤差的方法是完善實驗原理，提高實驗儀器的測量精度，設(shè)計更精巧的實驗方法第6頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四2從分析數(shù)據(jù)看，誤差分為絕對誤差和相對誤差(1)絕對誤差：絕對誤差是測量值與被測物理量真實值之差(絕對值)如用毫米刻度尺測量

3、一段銅線的直徑，讀數(shù)為1.2 mm，其中0.2 mm是估讀數(shù)，可以認(rèn)為誤差是0.2 mm.提高測量儀器的精度是減小絕對誤差的主要方法第7頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第8頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四二、有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則在測量中，要按照有效數(shù)字的規(guī)則來讀數(shù)，測量儀器的讀數(shù)規(guī)則是：測量誤差出現(xiàn)在哪一位，讀數(shù)就應(yīng)讀到哪一位一般可根據(jù)測量儀器的最小分度來確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置1最小分度為“1”的儀器，測量誤差出現(xiàn)在下一位，下一位按十分之一估讀，如最小刻度是1 mm的刻度尺，測量誤差出現(xiàn)在毫米的十分位上，應(yīng)估讀到十分之幾毫米2游標(biāo)卡尺、秒表不需要估

4、讀第9頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第10頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四2打點計時器的原理及使用(1)電磁打點計時器一構(gòu)造電磁打點計時器是一種可以記錄物體運動的時間和位移的儀器它使用交流電源，工作電壓在6 V以下當(dāng)電源的頻率是50 Hz時，它每隔0.02 s打一個點構(gòu)造如下圖所示第11頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四接線柱；線圈；永久磁鐵；振片；振針；限位孔；復(fù)寫紙；紙帶第12頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四二原理：如下圖所示，給電磁打點計時器通6 V以下的交流電時，振片在線圈和永久磁鐵的作用下

5、振動起來，帶動振片前端的振針上下振動，振針通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一系列小點交流電變化一個周期，紙帶上打出一個點，當(dāng)交流電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔為0.02 s.第13頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四電磁打點計時器必須使用交流電源，如圖甲、乙所示，當(dāng)線圈通相反的電流時，線圈產(chǎn)生的磁場的方向相反，永久磁場的方向不變，才可能導(dǎo)致振片所受的作用力方向發(fā)生變化，振片上下振動第14頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四三使用a用限位孔限定紙帶，復(fù)寫紙壓在紙帶的上面通電后振片帶動振針打點若紙帶運動，其上就會

6、留下一行小點b如由物體帶動紙帶運動，物體的位移大小就對應(yīng)為紙帶上相應(yīng)點間的距離，運動時間可由該距離上點跡的數(shù)目計算第15頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(2)電火花計時器一構(gòu)造電火花計時器在紙帶上打點的不是振針和復(fù)寫紙，而是電火花和墨粉其構(gòu)造如下圖所示負(fù)脈沖輸入插座(黑色)；正脈沖輸入插座(紅色)；墨粉紙盤；紙帶第16頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四二使用a使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡b這種計時器工作時，

7、紙帶運動時受到的阻力比較小，實驗誤差也比較小第17頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四兩種計時器的比較電磁打點計時器電火花計時器電源性質(zhì)6 V以下交流電源220 V交流電源打點頻率打點時間間隔0.02 s，頻率50 Hz打點時間間隔0.02 s，頻率50 Hz打點方式振針通過復(fù)寫紙在紙帶上打點火花放電使墨粉在紙帶上打點阻力來源紙帶與限位孔的摩擦，振針與紙帶打點接觸時的摩擦紙帶與限位孔的摩擦第18頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四有的同學(xué)誤認(rèn)為打點計時器是測量長度的儀器辨析：當(dāng)電源的頻率是50 Hz時，打點計時器每隔0.02 s打一次點，所以根據(jù)紙帶上的

8、點數(shù)，我們就能確定某段過程所對應(yīng)的時間物體帶動紙帶運動時，打點計時器雖然可以記錄下物體在一定時間間隔內(nèi)的位移，但沒有刻度尺的測量， 我們就無法知道位移的大小所以說打點計時器是計時儀器，不是測量長度的儀器第19頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四3實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源(電火花計時器使用220 V交流電源)4實驗步驟(1)把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到6 V的低壓交流電源上第20頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48

9、分，星期四(3)接通電源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，向后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數(shù)為n1個，則紙帶的運動時間t(n1)0.02 s.第21頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第22頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四誤認(rèn)為包含某點在內(nèi)的某段位移的平均速度一定等于該點的平均速度辨析：平均速度只能表示一段位移(或一段時間)的平均運動快慢，不能表示某時刻的運動快慢，但可以肯定的是所取包含某點在內(nèi)的位移越小，時間越短，平均速度描述的運動快慢越接近于物體在某位置(或

10、某時刻)的運動快慢這種處理問題的方法體現(xiàn)了抓住主要因素，忽略次要因素的思想方法，是物理學(xué)常用的方法之一第23頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第24頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四6.誤差分析(1)利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差為減小誤差，應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移x來求平均速度(2)分段測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差減小此誤差的方法是依次測量完成，即依次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離，再分別計算出各計數(shù)點間的距離第25頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(3)計數(shù)點間的時間t搞錯計數(shù)點間涉及到n個打印點，

11、計數(shù)點間的時間間隔為t(n1)0.02 s.(4)作vt圖象不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差第26頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四7注意事項(1)實驗前，應(yīng)將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象(2)使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶(3)手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些，以防點跡太密集(4)使用電火花計時器時，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方，使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面第27頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(5)使用電

12、磁打點計時器時，如打出點較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度(6)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源(7)對紙帶進(jìn)行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是依次測量完成(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點O之間的距離)讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位第28頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四四、用vt圖象表示速度的變化規(guī)律1坐標(biāo)的建立和圖象的得出(1)以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)定合適的刻度，并注明單位(2)根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值，在坐標(biāo)系中描點第29頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(

13、3)用平滑曲線來“擬合”實驗中描出的點，得出vt圖象，如下圖所示第30頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四 “擬合”：實驗數(shù)據(jù)描出的點是不連續(xù)的，但物體在各個時刻都有速度，速度隨時間是連續(xù)變化的，觀察描出的點的速度的分布特點，然后用平滑的曲線表示出速度隨時間變化的特點，這一過程即為“擬合”第31頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四2圖象的物理意義反映做直線運動物體的速度隨時間變化的規(guī)律3圖象的應(yīng)用(1)從圖象上能看出每一時刻對應(yīng)的瞬時速度(2)從圖象上能判斷速度的變化特點第32頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四4圖線所對應(yīng)的運動特點

14、(1)若圖線平行于t軸表示物體做勻速運動，如圖所示中的1、2圖線；若不平行t軸表示物體做變速運動，如3、4、5圖線第33頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(2)截距：縱軸截距表示初始時刻物體的瞬時速度；橫軸截距表示物體速度為零的時刻(3)圖象交點：表示兩物體的瞬時速度v相同(4)瞬時速度為正，說明物體沿正向運動，如1、4、5圖線；瞬時速度為負(fù)，說明物體沿負(fù)向運動，如2、3圖線 第34頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四對電磁打點計時器和電火花計時器的有關(guān)說法中，正確的是()A電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電B兩種打點計時器的打點頻率與交流電源

15、的頻率一樣C電火花計時器在紙帶上打點是靠振針和復(fù)寫紙D電磁打點計時器在紙帶上打點是靠電火花和墨粉題型 1 打點計時器的原理及應(yīng)用 例 1第35頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【分析】了解電磁打點計時器和電火花計時器的工作條件和工作原理是分析本題的關(guān)鍵【解析】可通過以下表格逐項進(jìn)行分析 選項過程透析結(jié)論A電磁打點計時器使用6 V以下的交流電，電火花計時器使用220 V的交流電B兩種打點計時器的打點頻率都由交流電源的頻率決定第36頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【答案】AB選項過程透析結(jié)論C電火花計時器在紙帶上打點靠電火花和墨粉D電磁打點計時器在紙帶

16、上打點靠振針和復(fù)寫紙第37頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【方法總結(jié)】電磁打點計時器易出現(xiàn)故障的原因分析及調(diào)節(jié)方法：現(xiàn)象原因調(diào)節(jié)方法打點不清晰1.振針過高2電壓太低3復(fù)寫紙用得太久1.把振針適當(dāng)調(diào)低2調(diào)高電壓3換新的復(fù)寫紙打的不是點，是短線1.振針過低2所加電壓太高，使振幅過大1.把振針適當(dāng)調(diào)高一些2適當(dāng)調(diào)低電壓打雙點振針?biāo)蓜影颜襻樄潭ǖ?8頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四某同學(xué)在用打點計時器做實驗時，得到的紙帶如圖所示，請你判斷一下這可能是因為()A打點計時器錯接在直流電源上B電源的電壓不穩(wěn)C電源的頻率不穩(wěn)D振針壓得過緊變式訓(xùn)練1-1第39頁，

17、共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四解析：正常情況下，振針應(yīng)該恰好敲打在限位板上，這樣在紙上才能留下點當(dāng)振針與復(fù)寫紙的距離過小時，振針可能打不到復(fù)寫紙，這時會出現(xiàn)有時有點，有時無點如果振針與復(fù)寫紙的距離過小，振針就會有較長的時間與復(fù)寫紙接觸，這樣就會在復(fù)寫紙上留下一段一段的小線段答案：D第40頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四如圖所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后依次標(biāo)為0、1、2、3、4、5、6，現(xiàn)在量得0、1間的距離x15.18 cm,1、2間的距離x24.40 cm,2、3間的距離x33.62 cm,3

18、 、4間的距離x42.78 cm,4、5間的距離x52.00 cm,5、6間的距離x61.22 cm( f50 Hz)題型 2紙帶的測量分析和計算 例 2第41頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四(1)根據(jù)上面記錄，計算打點計時器在打1、2、3、4、5點時的速度并填在下表中.(2)根據(jù)(1)中表格，在圖中畫出小車的速度時間圖象，并說明小車速度變化特點位置12345v/ms1第42頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【分析】求某點的速度時，我們用相鄰兩點間的平均速度代替第43頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第44頁，共63頁，202

19、2年，5月20日，9點48分，星期四(2)描點并連線得小車的速度時間圖象由圖象可見，小車速度均勻減小【答案】見解析第45頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【方法總結(jié)】(1)求出對應(yīng)于不同時刻的瞬時速度，然后以運動方向為正方向建立坐標(biāo)系，描點并用平滑曲線擬合就得到了描述物體運動的vt圖象(2)對所給出的vt圖象，v的正、負(fù)表示速度的方向，v的絕對值表示物體運動的快慢，即速率第46頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動，實驗步驟如下：變式訓(xùn)練2-1第47頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四a

20、安裝好實驗器材：b接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復(fù)幾次，選出一條點跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù)點，如圖中0、1、2、6點所示；第48頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四第49頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的還有_和_(填選項代號)A電壓合適的50 Hz的交流電源B電壓可調(diào)的直流電源C刻度尺D停表E天平F重錘第50頁，共63頁，202

21、2年，5月20日，9點48分，星期四(2)將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻度線與0計數(shù)點對齊，0、1、2、5計數(shù)點所在位置如圖所示，則x2_cm，x5_cm.第51頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四解析：為了保證打點計時器能正常工作，必須選用合適的電源，處理紙帶時一般需要毫米刻度尺；刻度尺計數(shù)時，由于精確度是0.1 cm，所以需要估讀到下一位，即0.01 cm.答案：(1)AC(2)3.00(2.973.01均可)13.20 (13.1913.21均可)第52頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四關(guān)于打點計時器打出的紙帶，下列敘述中正確的是()A點跡均

22、勻，說明紙帶做勻速運動B點跡變稀，說明紙帶做加速運動C點跡變密，說明紙帶做加速運動D相鄰兩點間的時間間隔相等題型 3利用紙帶分析物體的運動情況 例 3第53頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【解析】打點計時器的振針打點的頻率一定(50 Hz)，相鄰兩點間的時間間隔相等，如果紙帶勻速運動，點跡均勻；如果紙帶加速運動，點跡變??；如果紙帶減速運動，點跡變密【答案】ABD 第54頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【方法總結(jié)】利用紙帶判斷物體運動情況的方法：(1)選取一條點跡清晰的紙帶為研究對象(2)分析紙帶上點與點之間間隔的變化情況(3)若點與點之間的距離相

23、等，就可判斷物體做勻速運動，若點與點間距越來越大，則物體做加速運動，反之做減速運動第55頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四如下圖所示，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()解析：根據(jù)紙帶上點跡的疏密是否均勻來判斷答案：B變式訓(xùn)練3-1第56頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四下圖是甲、乙兩個物體運動的vt圖象，至少從以下三個方面分別說明它們的速度是怎樣變化的(1)物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度？(2)速度的大小是否變化？是加速還是減速？(3)運動的方向是否變化？題型 4用vt圖象描述物體運動 例 4第57頁，共63頁，2022年，5月20日，9點48分，星期四【解析】(1)vt圖線與v軸的交點坐標(biāo)值表示初速度，可知甲物體