2014年秋高中物理必修一（新人教版）：第一章第4节实验：用打点计时器测速度课件2

课件28张PPT。 实验：用打点计时器测速度学习目标：
1.了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息（时间、位移）。
2.会安装并使用打点计时器，理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。
3.明确速度—时间图象的物理意义，掌握描点法画图象的方法，并能画出该实验中的速度—时间图象，能从图象中获取有用的信息。第4节重点
1.学会使用打点计时器。
2.能根据纸带计算物体运动的瞬时速度。
3.会用描点法描绘物体的速度—时间图象，并从中获取物理信息。
难点
处理纸带的方法，用描点法画图象。重点难点提出问题1.阅读教材第19页相关内容,
并回答以下问题:
(1)电磁打点计时器使用的是恒定电流还是交变电流?其工作电压为多少?
(2)我国交变电流的频率为50 Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?
(3)说出电磁打点计时器的工作原理。
(4)打点计时器打出的纸带可以记录哪些信息?一、电磁打点计时器结论:(1)电磁打点计时器是一种测量时间的仪器,需要使用6 V以下的低压交流电源。
(2)它每隔一个周期打一个点,因此纸带上两个点之间的时间间隔为一个周期,交变电流的频率为50 Hz时,打点时间间隔为0.02 s。
(3)工作原理:它是利用电流的磁效应打点计时的一种仪器。振片位于磁场中被磁化,相当于条形磁铁。当计时器的线圈通过低压交流电时,线圈产生周期性变化的磁场。在线圈和永久磁铁的作用下振片便上下振动起来,位于振片一端的振针就跟着周期性振动。这时如果纸带运动,振针就在纸带上打出一系列的点。打点间隔就是振片振动的周期,也就等于交流电的周期。
(4)根据打点计时器打出的纸带可以获得物体的位移和发生这段位移所用的时间。二、电火花计时器提出问题1.阅读教材第20页相关内容,然后回答以下问题:?
(1)电火花计时器的工作条件;
(2)电火花计时器的工作原理;
(3)从原理上考虑,电火花计时器与电磁打点计时器相比,哪个更好些,误差可能会更小?
结论：(1)电火花计时器使用交流电源,工作电压为220 V,当电源的频率为50 Hz时,它每隔0.02 s打一个点。
(2)电火花计时装置中有一个将正弦式交变电流转化为脉冲式交变电流的装置。当计时器接通220 V、50 Hz的交流电源时,按下脉冲输出开关,计时器发出的脉冲电流产生电火花,利用电火花放电在纸带上打出点来。
(3)电磁打点计时器使用时阻力较大(阻力包括振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦)。而电火花计时器在使用过程中阻力极小,这极小的阻力来自纸带运动的本身而不是打点时产生的,因而系统误差较小。同时电火花计时器操作简单。三、练习使用打点计时器提出问题1.阅读教材中的实验步骤提示,学习打点计时器的使用方法,并练习使用打点计时器,通过动手实践,思考讨论以下问题:
(1)电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带?
(2)振针打的点不清晰或打不出点,可能是哪些原因?怎样调整?
(3)为什么先通电,然后才让纸带运动,而不是先让纸带运动后通电?
(4)打点完毕后要及时关闭电源,这样做有什么好处?
(5)处理纸带时,从能够看清的某个点开始数1,往后数出n个点,这些点划分出来的时间间隔数有多少个?
(6)展示某同学打出的一条点迹清晰的纸带,并提出问题:怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?结论：(1)将复写纸套在定位轴上,将纸带从复写纸圆片下穿过。
(2)①可能是复写纸用的时间久了;②可能是振动片的振幅太小,可调整振动片的位置;③可能是振针的位置太高,调整振针的位置,直到打出点为止;④适当调高电压值。
(3)先通电让打点计时器工作后,再让纸带运动,能完整记录物体的运动过程。如果让纸带运动后再通电,则开始的运动情况纸带不能记录,会丢失一些数据。所以应通电后再让纸带运动。
(4)因打点计时器是按间歇工作设计的,故长期工作可能会因线圈发热而损坏。
(5)共(n-1)个。
(6)测出两个点间的距离,数一下这两个点间共有多少个时间间隔,即有多少个0.02 s,用总距离去除以所用的时间。典型例题例1 打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是( )
A.时间间隔 B.位移
C.瞬时速度 D.平均速度AB说明:打点计时器是计时的仪器,计时的周期即为交变电流的周期,当交变电流的频率增大时,相邻两点记录的时间间隔变小。由于纸带与物体相连接,纸带的运动规律与物体是相同的,有规律的打点,不但记录了时间,而且记录了运动物体的位置及位移。四、用打点计时器测量瞬时速度提出问题完成以下问题:
(1)如何测算出物体在相邻几段时间内的平均速度?
(2)如何测量瞬时速度?
(3)总结利用打点计时器测量瞬时速度的步骤和注意事项。结论：
(1)可以利用打点计时器打出的纸带,从纸带上先选出几个相邻的计数点,再测出这几个相邻的计数点间的位移,根据速度公式v=xt,算出每段的平均速度。
(2)根据在极短时间内,平均速度可近似代替某点的瞬时速度。例如,如图1-4-18所示,测量出包括E点在内的D、F两点间的位移Δx和时间Δt,算出纸带在这两点间的平均速度v=ΔxΔt。ΔxΔt可以大致表示E点的瞬时速度。
?注意事项:
①电磁打点计时器使用6 V以下交流电,电火花计时器使用220 V交流电。
②使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好;使用电磁打点计时器时应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面。
③使用打点计时器时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再释放纸带,打完点后,应立即关闭电源。
④释放物体前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。拓展:用打点计时器测量速度需注意的问题
(1)计时点和计数点
①计时点是打点计时器在纸带上打出来的点。
②计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点。
(2)打点周期和计数周期
①打点周期是指两个相邻计时点间的时间间隔,即交流电源的周期,一般为0.02 s。
②计数周期是指两个相邻计数点间的时间间隔。若相邻两个计数点之间还有(n-1)个计时点,则计数周期为T=0.02n s。典型例题例2 如图是某同学在做匀变速直线运动
实验中获得的一条纸带。
(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则
纸带上打相邻两点的时间间隔为 。
(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出,从图中读出A、B两点间距离x= ;C点对应的速度是 (计算结果保留三位有效数字)。?五、用图象表示速度提出问题根据用打点计时器测得数据作出速度—时间图像,并思考以下问题: (1)如何建立坐标系?
(2)如何在坐标纸上描点连线?
(3)根据表格数据作出速度—时间图像。结论:(1)用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系,横轴、纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取,使描绘的图像能充满坐标平面的大部分空间。
(2)速度的变化应该是比较平滑的,所以,图像是用一条平滑的曲线来“拟合”这些点。
(3)手拉纸带的速度—时间图像如图。
总结:用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系。根据测量的数在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,得到的图像叫速度图像,即v-t图像。典型例题例3 某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G 共七个计数点。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s。（1）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F 五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表（要求保留三位有效数字）。典型例题（2）将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并在图1-4-6中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。?(2)将计算出的各点速度描在坐标纸上，并将各点用平滑的线连接起来，如图所示典型例题?点拨:匀速直线运动的速度不随时间变化,
其速度图像是一条平行于时间轴的直线。
答案: 如图所示。巩固练习1. (单选)打点计时器振针打点的周期,决定于( )
A.交流电压的高低
B.交变电流的频率
C.永久磁铁的磁性强弱
D.振针与复写纸的距离B巩固练习2. (单选)图为同一打点计时器打出的4条纸带,其中平均速度最大的是哪一条(打点时间间隔均相同)( )A巩固练习?巩固练习??答案：（1）1.755 m/s 2.955 m/s 4.035 m/s （2）如图所示布置作业
完成教材第24页
“问题与练习”第1、2题