高中物理人教版必修1课件：1.4 实验：用打点计时器测速度(共22张PPT)

(共22张PPT)
4　实验:用打点计时器测速度
一
二
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四
一、实验目的
1.了解两种打点计时器的结构和工作原理。
2.会安装并使用打点计时器。
3.理解根据纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度。
4.明确速度—时间图象的意义,掌握描点法画图象的方法,并画出该实验中的速度—时间图象。
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二
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四
二、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)及纸带、刻度尺、电源、导线等。
一
二
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三、实验原理
1.两种打点计时器的原理构造(如图)
一
二
三
四
电火花计时器工作时,由于纸带受到的阻力较小,所以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。
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3.粗略计算瞬时速度
如图所示,D的瞬时速度可以粗略地由包含D点在内的两点间的平均速度来表示,即可以用B、F(或C、E)两点间的平均速度来代替D点的瞬时速度。
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4.v-t图象与其画法
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关系的图线。
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三
四、实验步骤
1.练习使用打点计时器
(1)把打点计时器固定在桌子上,了解它的结构。
(2)按照说明把纸带装好。
(3)接通电源,用手水平地拖动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。
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三
2.用打点计时器测量瞬时速度
(1)取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出若干点。将数出的点数n及这些点划分出来的间隔数填入表中。并据此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间t,将结果填入表中。
(2)用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离Δx,并填入表中。
(3)根据纸带从第一个点到第n个点的运动时间t和第一个点到第n个点的距离Δx,计算出纸带在时间t内运动的平均速度v,并填入表中。
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一、实验注意事项
1.正确安装复写纸,调节复写纸位置,使纸带从复写纸圆片下穿过。
2.将计时器接入50 Hz交流电源,电磁打点计时器应从交流4 V开始,观察振片振动情况,若振幅较小,再升高电压至6 V。
3.接通电源,计时器工作,待1~2 s后再拖动纸带打出点迹。观察点迹是否清晰,打完点后,立即关闭电源(打点计时器是按间歇工作设计的,避免线圈过热而损坏)。
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二
三
4.在纸带上打不出点或点迹颜色过淡的情况下,纠正的方法有三种:电源电压较低,可适当调高;调整复写纸位置或更换复写纸;调整打点计时器的振针高度。
5.画v-t图象时,横轴与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,使描绘的图象能充满坐标平面的大部分空间。
6.画v-t图象时,不可以用折线将坐标系中所描绘的点进行连接,而应用一条平滑曲线来“拟合”坐标系中所描出的点。这样,曲线反映的规律才更接近真实情况。
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二
三
二、误差分析
1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。
2.分段测量计数点间的位移x带来误差。为减小此误差,应一次性测出各计数点到起始计数点O的距离,再分别计算出各计数点间的距离。
一
二
三
一
二
三
2.用v-t图象描述物体的速度
(1)v-t图象的画法: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
数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线
把这些点连接起来,即得到如图所示的v-t图象。
(2)v-t图象的意义:v-t图象非常直观地表示速
度随时间变化的情况,它不是物体运动的轨迹。
(3)图象法是处理实验数据的常用方法。运用图象处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易懂,可以减小误差,可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。
类型一
类型二
类型三
【例题1】 一同学在使用电磁打点计时器时,纸带上的点不是圆点而是一些短线,产生这一现象的原因可能是(　　)
A.接在直流电源上　　　　　B.电源电压不稳
C.电源频率不稳 D.打点针压得过紧
解析:接在直流电源上的打点计时器不会工作,选项A错误;打点与电压是否稳定无关,点痕轻重与电压有关,选项B错误;频率不同打的点仍为圆点,选项C错误;打点针压得过紧,针和纸带接触时间长,打出一些短线,选项D正确。
答案:D
题后反思明确电磁打点计时器的原理是关键。



类型一
类型二
类型三
【例题2】 某次实验时打出的纸带如图所示,打点计时器每隔0.02 s 打一个点,图中O点为第一个点,A、B、C、D为每两点选定一个计数点。根据图中标出的数据,问:打A、D点时间间隔内纸带的平均速度有多大?打B点时刻纸带的瞬时速度有多大?你能算出打OD点时间间隔内纸带的平均速度吗?




点拨:根据平均速度和瞬时速度的定义式求解。注意计数点与计时点之间的区别。计时点是打点计时器实际打出的点,而计数点则是测量时从计时点中按一定的标准选出的点。

类型一
类型二
类型三
解析:AD段的平均速度


当时间间隔很短时,可以用平均速度代替瞬时速度,故B点的瞬时速度


无法算出OD段的平均速度,因为不知道OD间有多少个点,因而不知道OD段的时间间隔。
答案:231.25 cm/s　212.50 cm/s　不能算出OD段的平均速度

类型一
类型二
类型三
类型一
类型二
类型三
【例题3】 一条利用打点计时器打出的纸带如图所示,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。求出打计数点1、2、3、4、5时对应的纸带的瞬时速度并画出速度—时间图象。
类型一
类型二
类型三
类型一
类型二
类型三
解析:1点是0、2间的中间时刻,求出0、2
间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度,
同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出。
0和6两个点的瞬时速度不便求出,然后画
出速度—时间图象。注意相邻计数点间
的时间间隔T=0.1 s,即v1=0.195 m/s,v2=
0.40 m/s,v3=0.61 m/s,v4=0.69 m/s,v5=0.70 m/s。
以O点为坐标原点,横坐标表示时间,纵坐标表示速度,建立直角坐标系。根据前面计算出的结果在直角坐标系中描点,然后用平滑的曲线连接各点得到速度—时间图象如图所示。
答案:0.195 m/s　0.40 m/s　0.61 m/s　0.69 m/s　0.70 m/s　图象见解析

类型一
类型二
类型三
题后反思(1)求出对应于不同时刻的瞬时速度,然后以运动方向为正方向建立坐标系,描点并用平滑曲线拟合就得到了描述物体运动的v-t图象。(2)对所给出的v-t图象,v的正、负表示速度的方向,纵坐标的绝对值表示物体运动的快慢,即速率。