《实验：用打点计时器测速度》

【学习目标】
1. 了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法
2. 知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的
3.通过实例学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和瞬时速度
4. 学会用图象表示速度变化规律的方法。
【重点难点】
重点：学会使用打点计时器；能根据纸带计算物体运动的速度；
难点：处理纸带的方法,用描点法画图像的能力。
【预习案】
1.电磁打点计时器是一种使用 电源的 仪器，工作电压在 ，当电源的频率是50Hz时,它每隔 打一次点.通电以前，把纸带穿过 ，再把套在轴上的 压在 的上面.
2．电火花计时器是利用 在纸带上打出墨点而显示出点迹的 仪器，工作电压是 ，使用时， 套在纸盘轴上,把纸带穿过限位孔.当电源频率是50Hz时,它也是每隔 打一次点．
3．如图1-4-1所示,测量打过点的纸带，根据量出的A、D间的距离和时间算出A、D间的平均速度。用这个速度可以近似地表示纸带经过A点时的 ，如果再小些（如A、C之间或A、B之间），用平均速度代表A点的瞬时速度会 。
4．物体的运动也可以用图象描述，它可以更 地反映速度变化的规律．以速度为 轴，时间为 轴在方格纸上建立直角坐标系，描述速度与时间的变化规律，这种图象叫做 图象或 图象．
【探究案】
【问题探究1】关于打点计时器
【教师点拨】1.电磁打点计时器是利用交流电源在线圈中产生不断变化的磁场，并磁化振片使之在永磁铁的作用下，产生了与交流电方向变化步调相同的振动，即振片的振动频率和交流电频率相同，电磁打点计时器的打点时间间隔等于交流电源频率的倒数。所以打点计时器必须使用交流电源，通常的工作电压是10V以下，我国的民用电源的频率为50Hz，所以电磁打点计时器每打两个点的时间间隔为0.02s。
2.在使用打点计时器时，（1）纸带上的点可能不清晰或不打点，出现这种情况的原因比较多。如振针过高；电压太低，振幅小；复写纸用的太久，可采取的相应调节方法是：把振针适当调低；调高电压；换新的复写纸。（2）若打出的是短线而不是小圆点，说明振针在复写纸上停留时间过长，可能原因是振针过低；电压太高，使振幅过大。相应的措施为把振针调高些；适当调低电压。（3）打双点的原因有可能是振针松动，只要把振针固定好就行。（4）另外注意打点计时器只能连续工作很短时间，打点后要立即关闭电源。
3.电火花计时器的原理与电磁打点计时器不同，它是在放电针与墨粉纸盘两端加高压，纸带通过限位孔，利用放电针的放电产生电火花在纸带上烧出黑点的，不过打点时时间隔也是0.02s。两种计时器的联系与区别见下表：赞同
比较内容 电磁打点计时器 电火花计时器
电源种类 交流电 交流电
工作电压 10V以下 220V
打点频率 50Hz 50Hz
相邻点时间间隔 0.02s 0.02s
打点原理 机械压力 火花放电
纸带条数 1条 2条
例1：打点计时器的打点周期取决于（ ）
A.交流电压的高低 B.交流电的频率 C.交流电的电流大小 D.振针与复写纸间的距离
拓展：若打点计时器所接交流电的频率为50HZ,则打点周期为多少？
例2：关于电磁式打点计时器的使用，下列说法中正确的是( )
A．应接低于10V的直流电源
B．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面；
C．要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源；
D．要先释放纸带，后通电，纸带通过后立即切断电源；
【问题探究2】用打点计时器测量瞬时速度
【教师点拨】测量瞬时速度的方法实际上是利用了一种极限逼近的方法来进行的。
如下图要测量E点的瞬时速度，可以选取较为靠近E点的两个点如D、F两点，根据D、F两点间的位移△x和时间△t，算出纸带在这两点间的平均速度v=△x/△t，用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度．△x/△t可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度．然而D，F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点．
例3 ．如图是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为0．02s，纸带旁边是一支最小刻度为1mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体在AC这段时间内的平均速度和在B点的瞬时速度。
拓展：（1） 用最小刻度是mm的尺，读数时应该估读到0.1mm位，不能为了“方便”而“凑整数”，这是实验的规则。
（2）若所接交流电的频率为50HZ突然变成40HZ,而实验者不知，其他操作正确，请你分析他所测得的速度值是偏大还是偏小？
【问题探究3】用图象表示速度
【教师点拨】为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。要求学生明确下列问题:
(1)图象上每一点的意义是什么 (表示该时刻物体的瞬时速度)
(2)如要求这些点中间一个时刻的速度是多少,应怎么办 (把这些点连接起来,在连线上与该时刻对应的点的速度就是该时刻的瞬时速度)
(3)把这些点连接起来,是什么形状 (是折线。因速度的实际变化是比较平滑的,故要用平滑的曲线把它们连接起来)
例4 ．如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示．求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线．
【课堂练习】
1．电磁打点计时器的打点周期取决于（ ）
A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离
2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能得到的物理量是（ ）
A．时间间隔　　B．位移　　C．平均速度　　D．瞬时速度
3.打出的点迹不够清晰的原因可能是（　　）
A．电源电压偏低B．永磁体磁性不足C．振针位置过高 D．复写纸陈旧E．振动片不在永磁体的中央
4.下列措施中，有利于减小纸带受到摩擦而产生误差的是（ ）
A．改用直流10V电源 B．电源电压越低越好
C．用皱折的纸带 D．纸带理顺摊平，不让它卷曲、歪斜
5．某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验中，让重锤自由下落，打出的一条纸带如图1-4-2所示，图中直尺的单位为cm，点O为纸带上记录到的第一点，点A、B、C、Ｄ…依次表示点O以后连续的各点．已知打点计时器每隔T=0.02 s打一个点．
（1）打点计时器打下点G时重锤的速度可用表达式vG=________进行计算，式中各量的意义是_____．
（2）用上式计算出打下点G时重锤的速度为vG=____________m/s
1.4 《实验：用打点计时器测速度》练案
【A组】
1. 通过打点计时器得到的一条纸带上的点子不均匀,下列判断正确的是( )
A．点子密集的地方物体的运动速度比较大B．点子密集的地方物体的运动速度比较小
C．点子不均匀说明物体在做变速运动 D．点子不均匀说明打点计时器一定有故障
2．如图所示，表示物体做加速运动的v-t图象的是（ 　）
3．用打点计时器可测纸带运动的时间和位移,并且可以计算物体的平均速度．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处．
A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压频率为50Hz交流电源的两个接线柱上
B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在 下面
C．用刻度尺测量n个清晰的点的距离
D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间 　 s
E．闭合电源开关
F. 用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点
G．利用公式计算纸带运动的平均速度
实验步骤的合理顺序是: B A G
4.电火花打点计时器使用220V交流电源工作时，它是利用火花放电在纸带上打出墨迹而显示点迹的计时仪器．工作电源频率是50Hz。如果用它测量时，工作电源的频率变为60Hz， 而实验者仍按50Hz的频率计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比
是 （填“偏大”或“偏小”）。
【B组】
1.一个宽为5cm的物块通过光电门的时间是0.025s,则这个物体通过光电门时的平均速度为 _ m/s，这个平均速度可以认为是瞬时速度吗？
2.如图是研究匀变速直线运动实验中打点计时器打出的纸带，每打5个点选为一个计数点，各计数点对应在刻度尺上的示数已在图中示出，单位是cm，交变电流的频率为50Hz。
（1）计数点间隔时间为T= S。
(2) 物体接于纸带左端A点附近，则物体速度方向 （填“由A指到B”或“由B指到A”），物体 （填“加速”或“减速”）运动。
（3）请计算AE段的平均速度为 m/s,BD段的平均速度为 m/s，
（填“AE段”或“BD段”）的平均速度更接近C点的瞬时速度。
3. 如图，固定的B盒是超声波发射和接受器，t=0时刻发出一列短暂的超声波，t=0.3s时接收到车于P处发射回来的此列超声波，t=1s时再发出一列短暂的超声波，t=1.4s时接收到车于Q处发射回来的超声波，已知超声波在空气中的速度为340 m/s，则图中间距x1= m，间距x2= m，车在PQ段的平均速度v车= m/s