第三节 记录物体的运动信息
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解打点计时器的构造及工作原理．
2．会使用打点计时器和数字计数器．(重点)
3．能通过纸带上点的位置关系分析物体的运动．(难点)
打 点 计 时 器 及 其 使 用
1．打点计时器：一种通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器．
2．分类：电磁打点计时器和电火花打点计时器．
3．电火花计时器
(1)工作电压：220 V交流电源．
(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．
4．电磁打点计时器
(1)工作电压：6_V的交流电源；
(2)原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振针便振动起来，带动其上的振针上下振动．这时如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点．
5．打点间隔：当电源频率是50 Hz时，纸带上每打出两个相邻点所经历的时间都是0.02_s.
1．电磁打点计时器和电火花打点计时器的工作电压都是220 V的交变电压．(×)
2．使用打点计时器(电源频率为50 Hz)打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02 s．(√)
3．打点计时器在纸带上准确记录了运动物体的位移和时间．(√)
使用打点计时器时，通电和拉纸带的顺序应怎样？
【提示】 先接通电源，再拉动纸带．
探讨1：实验前打点计时器是否需要固定？
【提示】 需要，要把打点计时器固定在桌子上．
探讨2：如果纸带上有n个点，那么纸带运动的时间是多少？
【提示】 打n个点有(n－1)个时间间隔，纸带运动的时间是Δt＝0.02(n－1) s.
1．实验步骤
(1)了解电火花计时器的结构，然后把它固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把纸带放在墨粉纸盘的下面．
(2)把计时器接到220 V的交流电源上．
(3)接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源．
(4)取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n个点，则用Δt＝0.02×(n－1) s计算出纸带的运动时间Δt.
(5)用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离，在进行实验测量之前，自己设计一个表格，用来记录以上测量值．
2．注意事项
(1)使用电火花打点计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，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．
(2)使用打点计时器时，应使物体停在靠近打点计时器的位置．
(3)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定之后，再拉动纸带，打点之后应立即关闭电源．
(4)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)．
(5)区别计时点和计数点
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．计数点一般不是从第一计时点开始的，而是选择点迹清晰、与相邻的计时点间距适中的点开始．
(6)区别打点周期和计时周期
①打点周期：两个相邻的计时点的时间间隔，即交流电源的周期，一般为0.02 s.
②计数周期：两个相邻的计数点的时间间隔，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.
1．(多选)关于打点计时器的使用下列说法正确的是( )
A．先接通电源，后释放纸带
B．电火花打点计时器使用的是220 V交流电源
C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越长
D．先释放纸带或先接通电源都可以
【解析】 为了增大纸带的使用率，应先接通电源，后释放纸带，A正确，D错误；电火花打点计时器使用的是220 V交流电源，故B正确；因为T＝，所以使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越短，C错误．
【答案】 AB
2．为完成“练习使用打点计时器”的实验，在如图1-3-1所示的四种器材中，找出这两种打点计时器，并完成以下填空：________图为电磁打点计时器，工作电压为________交流电；________图为电火花打点计时器，工作电压为________V交流电．
图1-3-1
【解析】 电磁打点计时器是利用交变电流使铁芯产生磁性，吸引带打点针的铁条通过复写纸在纸带上打出点，丙图为电磁打点计时器，工作电压为4～6 V的交变电流；电火花打点记时器是利用家用电打出的火花吸引铅盘而打出点，乙图为电火花打点计时器，工作电压为220 V的．
【答案】 丙 4～6 V 乙 220
3．(1)电磁打点计时器是一种利用______电源的计时仪器，它的工作电压是______V，当电源频率是50 Hz时，它每隔________s打一次点．
(2)使用电磁打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸应套在________上，并要放在纸带的________面；应把________电源用导线接在__________上；打点时应先__________，再让纸带运动．
(3)(多选)打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了( )
A．物体运动的时间
B．物体在不同时刻的位置
C．物体在不同时间内的位移
D．物体在不同时刻的速度
【解析】 电磁打点计时器是一种利用交流电源的计时仪器，工作电压为6 V，工作频率为50 Hz，周期为0.02 s.
电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02 s在纸带上打一次点，因此打在纸带上的点迹可直接反映物体的运动时间，故A正确．因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置，故B正确．用刻度尺量出各点迹间的间隔，可知道物体在不同时间内的位移，再根据速度公式可算出物体在某段时间内的速度，但这些量不是纸带上的点迹直接记录的，故C、D错误．
【答案】 (1)交流 6 0.02 (2)限位孔 定位轴 上 低压交流 接线柱 接通电源 (3)AB
纸带记录的信息
1．打点计时器是一种计时仪器，它有具体的工作电压，从打出的纸带上可以直接获得物体运动的时间及不同时刻的位置信息．
2．使用电火花计时器，墨粉纸盘夹在两条纸带之间，使用电磁打点计时器时，纸带通过限位孔，并压在复写纸的下面．
数 字 计 时 器 及 纸 带 分 析
1．结构：由数字计时器和光电门组成．
2．原理：光电门一边安装发光装置，另一边安装光线接收装置，当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，当物体离开光线时停止计时，这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间．数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间．
1．数字计时器可以记录一个光电门的光束被遮挡的时间．(√)
2．数字计时器不能记录物体前后两次挡光的时间间隔．(×)
3．数字计时器能够测量出小到1 ms或0.1 ms的时间间隔．(√)
怎样利用数字计时器测量物体经过两个光电门的时间？
【提示】 如图设置两个光电门G1、G2，当条形挡光片的前沿a对G1挡光的时刻开始计时，到它对G2挡光的时刻停止计时，显示的时间间隔Δt即为物体经过两个光电门的时间．
探讨1：能否利用点迹在纸带上的分布，判断物体的运动情况？
【提示】 能．点密处表示运动的慢，点稀处表示运动的快．
探讨2：分析纸带上记录的信息时，若点太密怎么办？
【提示】 非常密的部分可以舍去，较密处可每5个点取一个计数点．
1．纸带上打出的两个相邻的计时点所经历的时间为0.02 s，若纸带上共有n个点，则纸带对应的时间为t＝0.02(n－1) s.
2．纸带上的点相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置，每相邻两个点之间的距离即代表物体在0.02 s内通过的位移，研究纸带上点之间的距离，即可了解在不同时间内，物体所发生的位移及其变化，从而了解物体的运动情况．如纸带上的点分布越密，表示物体运动越慢，纸带上的点分布越稀疏，表示物体运动越快．
4．下列选项中是打点计时器打出的四条纸带，其中表示物体做匀速直线运动的是( )
【解析】 匀速直线运动中相等位移所用的时间相等．根据题意，打点计时器打出的点与点之间的时间都相同，只要点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速直线运动．
【答案】 B
5．一打点计时器所用电源频率是50 Hz，如图1-3-2所示，纸带上的A点先通过计时器，A，B间历时________s，位移为________．
图1-3-2
【解析】 当f＝50 Hz时，T＝＝0.02 s，tAB＝2T＝0.04 s，sAB＝(1.20＋1.60) cm＝2.80 cm.
【答案】 0.04 s 2.80 cm
6．如图1-3-3所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从0点开始每5个点取一个计数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得s1＝5.18 cm，s2＝4.40 cm，s3＝3.62 cm，s4＝2.78 cm，s5＝2.00 cm，s6＝1.22 cm.
图1-3-3
(1)相邻两计数点间的时间间隔为________s.
(2)由纸带可看出物体做________运动．(填加速或减速)
【解析】 纸带上相邻两计数点的时间间隔为5×0.02 s＝0.1 s，
对位移进行比较可得物体运动越来越慢．
【答案】 (1)0.1 (2)减速
课件37张PPT。
第一章 运动的描述
粤教版物理必修一第一章 运动的描述
第三节 《记录物体的运动信息》学案
一、教学目标
知识与技能
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．
3．通过实验得出物体的运动信息。
过程与方法
1．通过自己看打点计时器的说明书，培养独立学习的能力．
2．通过实验得出物体的 运动信息。
4．体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑．
5．经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物体运动．
情感态度与价值观
1．感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识．
2．经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙．
3．体验用图象的方法描述物理现象的乐趣．培养用数学方法处理物理问题的意识．培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神．
4．培养合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯．
二、学习重点
1．学会使用打点计时器．
2．能根据纸带分析物体的运动信息
三、知识要点
1、打点计时器的原理构造
实验原理：（1）电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器，当通过4—6V低压交流电时，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上下振动而打点，这时，如果纸带运动 ，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s。
（2）电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也 是0.02s。
电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。
打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。
四、问题探究
电磁打点计时器使用低压交流电源工作，想一想能不能使用直流电源，为什么?
答：工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致。若使用50 Hz的交流电，打点的时间间隔为0．02s.这个值正好是电源频率的倒数。
五、典型例题
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
答案：B
解析：电磁打点计时器的打点周期，即振针击打复写纸和纸带的周期，从它利用电磁感应打点的原理可知，振针是由振片带动振动的，而振片上下振动的周期就是线圈中磁场变化的周期，与所用交流电源的电流方向变化周期相对应．也就是交流电的周期，等于交流电的频率的倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为1/50s＝0．02s．我国使用的交流电的频倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为频率统一为50 Hz。
2. [课堂练习] 运动的物体带动纸带被打点计时器打上一系列的点,这些点的距离不一定相等,但这些点能说明
A．运动物体在一段时间内的位移
B．运动物体在一段时间内的运动快慢
C．运动物体在某时刻的位置
D．运动物体的运动性质
( A B C D )
3. 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有故障
(B C )
4.在你练习使用打点计时器时,小车拖动纸带并在上面打下一系列的小点,根据你所打出纸带,在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时
A．应通过测量纸带表示的运动的全程来判断
B．必须通过计算任意两点间的平均速度来判断
C．必须通过计算全程的平均速度来计算
D. 可以通过测量每相邻两点间的距离,看其是否相同来判断
( D )
六、当堂反馈
1．关于打点计时器在纸带上打出的点痕，下列说法中正确的是（ ）
A．点痕记录了物体运动的时间
B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．点在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况
D．根据纸带上的点痕可以知道任一时刻运动物体的瞬时速度
2．在使用打点计时器前应检查（ ）
A、所用电源是否符合要求 B、纸带是否平整
C、打点周期的等时性是否良好 D、复写纸安装是否正确
3．由打点计时器打出的纸带可以直接得到（可直接测量得到，而不需经过计算）的物理量是（ ）
A、时间间隔 B、位移 C、加速度 D、平均速度
4．在使用打点计时器时（）
每打完一列点子就要切断电源
B、不要移动圆形复写纸片的位置
C、纸带一定要从两限位孔穿过，并且压在复写纸的下面
D、侧向移动限位孔位置，在一条纸带上可以打出两列点，提高纸带的利用率
5．在使用打点计时器时（ ）
A、应先接通电源，再使纸带运动
B、应先使用纸带运动，再接通电源
C、在使纸带运动的同时接通电源
D、先使纸带运动或先接通电源都可以
6．下面是四位同学在测定匀速运动的小车的速度时分别打出的四条纸带 ，纸带上的点迹比较理想的是（ ）
