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高中物理必修一實(shí)驗用打點(diǎn)計時器測速度 高一物理第一章第四節(jié)用打點(diǎn)計時器測速度篇一

教學(xué)目標(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(shí)驗是檢驗理論的標(biāo)準(zhǔn),。

教學(xué)重難點(diǎn)

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。

教學(xué)工具

教學(xué)課件

教學(xué)過程

實(shí)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(shí)驗資料，要嚴(yán)肅對待,，要整齊的記錄，妥善保存,。

實(shí)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4~6v,。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,、4~6v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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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,。

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),。

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(shí)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(shí)驗圖線

處理實(shí)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(shí)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,。

1.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(shí)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,。

課后習(xí)題

把這次實(shí)驗的心得體會(成敗得失)寫在作業(yè)本上。

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高中物理必修一實(shí)驗用打點(diǎn)計時器測速度 高一物理第一章第四節(jié)用打點(diǎn)計時器測速度篇二

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)目標(biāo)

1.了解電磁打點(diǎn)計時器,、電火花計時器的構(gòu)造及工作原理，學(xué)會使用打點(diǎn)計時器.

2.掌握測瞬時速度的方法,，會用打出的紙帶求瞬時速度.

3.理解速度隨時間的變化圖象，并能根據(jù)圖象分析物體的運(yùn)動.

教學(xué)重難點(diǎn)

1.使用打點(diǎn)計時器.

2.測瞬時速度的方法,，用打出的紙帶求瞬時速度.

3.速度隨時間的變化圖象,，根據(jù)圖象分析物體的運(yùn)動.

教學(xué)過程

[知識探究]

一,、了解打點(diǎn)計時器

1.作用及分類

打點(diǎn)計時器是一種使用交流(填“交流”或“直流”)電源的計時儀器,，當(dāng)電源頻率為50hz時，它每隔0.02s打一次點(diǎn).打點(diǎn)計時器和紙帶配合,，可以記錄物體運(yùn)動的時間及在一段時間內(nèi)的位移.供高中學(xué)生實(shí)驗用的打點(diǎn)計時器有電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器兩種.

2.電磁打點(diǎn)計時器

(1)工作電壓：6v以下的交流(填“交流”或“直流”)電源.

(2)原理：接通電源后,，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動起來,，帶動其上的振針上下振動.這時,，如果紙帶運(yùn)動,，振針就通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點(diǎn).

3.電火花計時器

(1)工作電壓：220v交流(填“交流”或“直流”)電源.

(2)原理：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(yùn)動的紙帶上就打出一 行點(diǎn)跡.

4.兩種打點(diǎn)計時器誤差比較

電火花計時器使用中對紙帶運(yùn)動阻力極小,，因而系統(tǒng)誤差較小.

二、練習(xí)使用打點(diǎn)計時器

1.實(shí)驗步驟

(1)把打點(diǎn)計時器固定在桌子上并穿好紙帶.

(2)把打點(diǎn)計時器的兩個接線柱接到交流電源上(電磁打點(diǎn)計時器接6v低壓交流電,，電火花計時器接220v交流電).

(3)先接通電源開關(guān),，再用手水平拉動紙帶，紙帶上就打下一行小點(diǎn),，隨后立即關(guān)閉電源.

(4)取下紙帶,，從能看得清的某個點(diǎn)開始，往后數(shù)出若干個點(diǎn),，如果共有n個點(diǎn),，那么n個點(diǎn)的間隔數(shù)為n-1個，則紙帶的運(yùn)動時間δt=(n- 1)×0.02s.

(5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點(diǎn)到最后的點(diǎn)間的距離δx.

(6)利用公式v=δx/δt計算 出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度.

2.注意事項

(1)打點(diǎn)前應(yīng)把手停在靠近打點(diǎn)計時器的位置.

(2 )打點(diǎn)時,，應(yīng)先接通電源,，待打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再拉動紙帶.

(3)打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源

(4)對紙帶進(jìn)行測量時,，不要分段測量各段的位移,，正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點(diǎn)到起始測量點(diǎn)o之間的距離).讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位.

三、用打點(diǎn)計時器測量平均速度和瞬時速度

1.根據(jù)紙帶計算平均速度

用刻度尺測出n個點(diǎn)之間的間距δx,，n個點(diǎn)之間的時間δt=(n-1)×0.02s.則平均速度v=δx/δt.

2.根據(jù)打點(diǎn)計時器計算瞬時速度

(1)原理：取包含某一位置在內(nèi)的一小段位移δx,，根據(jù)v=δx/δt測出這一段位移內(nèi)的平均速度，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度.一般地,，取以這個點(diǎn)為中間時刻的一段位移來計算.

如圖1所示,，e點(diǎn)的瞬時速度可用d、f兩點(diǎn)間的平均速度代表,，即ve=δx/δt.

圖1

(2)數(shù)據(jù)處理：把紙帶上能看得清的某個點(diǎn)作為起始點(diǎn)o,，以后的點(diǎn)分別標(biāo)上a、b,、c、d,、……,，如圖2所示，依次測出各點(diǎn)到o點(diǎn)的距離,，再算出oa,、ab,、bc、……的距離x 1,、x2,、x3、…….

圖2

若打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的周期為t,，則a,、b、c,、d,、……各點(diǎn)的瞬時速度分別為：va=(x1+x2)/2t、vb=(x2+x3)/2t,、vc=(x3+x4)/2t,、vd=(x4+x5)/2t、…….

把數(shù)據(jù)填入下表,，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶運(yùn)動速度的變化情況.

位置 a b c d e f g

v/(mos-1)

3.注意

為了減小實(shí)驗誤差,，a、b,、c,、d……不一定是連續(xù)計時點(diǎn)，比如可以間隔t=0.1s(即每隔四個點(diǎn))取一個計數(shù)點(diǎn),，而計算計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度時,，δx、δt應(yīng)取此計數(shù)點(diǎn)前,、后兩個點(diǎn)之間的位移和時間,，即v=(xn+xn+1)/2t.

四、用圖象表示速度

[問題設(shè)計]

某同學(xué)根據(jù)打出的紙帶,，算出的各計數(shù)點(diǎn)的速度見下表.

t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

v/(mos-1) 0.70 0.90 1.10 1.15 1.20 1.23 1.40 1.30

(1)用橫軸表示時間t,，縱軸表示速度v，建立平面直角坐標(biāo)系,，在圖3中作出物體的v-t圖象.

圖3

(2)v-t圖象是不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡?從v-t圖象中可以知道哪些信息?

(3)若質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動,，其v-t圖象有什么特點(diǎn)?

答案(1)

(2)v-t圖象不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡.從v-t圖象中可知任意時刻速度的大小和方向.

(3)勻速直線運(yùn)動的v-t圖象是與時間軸平行的直線.

[典例精析]

例1 使用打點(diǎn)計時器時應(yīng)注意()

a.無論使用電磁打點(diǎn)計時器還是電火花計時器，都應(yīng)該把紙帶穿過限位孔,，再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面

b.使用打點(diǎn)計時器時應(yīng)先接通電源,，再拉動紙帶

c.使用打點(diǎn)計時器時，拉動紙帶的方向應(yīng)與限位孔平行

d.打點(diǎn)計時器只能連續(xù)工作較短時間,，打點(diǎn)之后要立即關(guān)閉電源

解析電磁打點(diǎn)計時器使用復(fù)寫紙,，電火花計時器不用復(fù)寫紙，故a錯;實(shí)驗時應(yīng)當(dāng)先接通電源，再拉動紙帶,，故b正確;為減小摩擦,，拉動紙帶的方向應(yīng)當(dāng)與限位孔平行，故c正確;打點(diǎn)計時器不能長時間連續(xù)工作,，故d正確.

答案bcd

例2 當(dāng)紙帶與運(yùn)動物體連接時,，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出點(diǎn)跡，下列關(guān)于紙帶上點(diǎn)跡的說法中正確的是()

a.點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動的時間

b.點(diǎn)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(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動情況

d.紙帶上的點(diǎn)越密,，說明物體運(yùn)動得越快

解析從打點(diǎn)計時器的用途出發(fā)對選項進(jìn)行篩選.打點(diǎn)計時器每隔一定的時間打下一個點(diǎn),，因而點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)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;紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動情況,，點(diǎn)跡越密物體運(yùn)動越慢.

答案abc

例3 如圖4所示是做“用打點(diǎn)計時器測速度”實(shí)驗時得到的一條紙帶的一部分,，從0點(diǎn)開始依照打點(diǎn)的先后每兩個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)依次標(biāo)為0、1,、2,、3、4,、5,、6……，現(xiàn)測得0,、1間的距離x1=5.18cm,，1、2間的距離x2=4.40cm,2,、3間的距離x3=3.62cm,3,、4間的距離x4=2.78cm,4、5間的距離x5=2.00cm,5,、6間的距離x6=1.22cm(每0.02s打一次點(diǎn)).

圖4

(1)根據(jù)測量數(shù)據(jù),，計算打點(diǎn)計時器在打1、 2,、3,、4、5點(diǎn)時的速度并填在下表中.

位置 1 2 3 4 5

v/(mos-1)

(2)根據(jù)(1)中表格,，在圖5中畫出小車的速度—時間圖象,，并說明小車速度變化的特點(diǎn).

圖5

解析(1)某點(diǎn)的瞬時速度可用包含該點(diǎn)的一段位移內(nèi)的平均速度表示

打1點(diǎn)時：v1=(x1+x2)/4t≈1.20m/s，

打2點(diǎn)時：v2=(x2+x3)/4t≈1.00m/s,，

打3點(diǎn)時：v3=(x3+x4)/4t=0.80m/s,，

打4點(diǎn)時：v4=(x4+x5)/4t≈0.60m/s，

打5點(diǎn)時：v5=(x5+x6)/4t≈0.40m/s.

將數(shù)值填入表格中.

位置 1 2 3 4 5

v/(mos-1) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40

(2)描點(diǎn)并連線得小車的速度—時間圖象.

由圖象可知,，小車速度均勻減小.

答案見解析

[自我檢測]

1.用打點(diǎn)計時器可測紙帶運(yùn)動的時間和位移.下面是沒 有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗步驟,，按照你對實(shí)驗的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容,，然后按實(shí)際操作的合理順序,，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?

a.在電磁打點(diǎn)計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別接在低壓(選填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上.

b.把電磁打點(diǎn)計時器固定在桌子上,，讓紙帶穿過,，并壓在下面.

c.用刻度尺測量從計時開始點(diǎn)到最后一個點(diǎn)間的距離δx.

d.切斷電源，取下紙帶,，如果共有n個清晰的點(diǎn) ,，則這段紙帶記錄的時間δt=.

e.打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶,，紙帶上打下一系列小點(diǎn).

f.利用公式v=δx/δt計算紙帶運(yùn)動的平均速度.

實(shí)驗步驟的合理順序是.

答 案交流限位孔復(fù)寫紙(n-1)×0.02sbaedcf

2.打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50hz,，某次實(shí)驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測出各點(diǎn)間的距離如圖6所示,，則：ac=mm,，ad=mm.那么由此可以算出紙帶在ac間的平均速度為m/s，紙帶在ad間的平均速度為 m/s;b點(diǎn)的瞬時速度更接近于m/s.

圖6

答案14.025.00.350.420.35

解析ac=14.0mm,，ac間的平均速度為xac/2t=14.0×10-32×0.02m/s=0.35 m/s;ad=25.0mm,，ad間的平均速度為xad/3t= 25.0×10-33×0.02m/s≈0.42 m/s.對描述b點(diǎn)的瞬時速度來說，ac段所取的位移間隔更小,，更接近b點(diǎn)的真實(shí)速度,，即b點(diǎn)的瞬時速度更接近于0.35m/s.