2011-2012学年高一物理必修1(人教版)课件1.4 实验:用打点计时器测速度

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名称 2011-2012学年高一物理必修1(人教版)课件1.4 实验:用打点计时器测速度
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2011-09-12 15:49:41

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(共15张PPT)
第一章 运动的描述
学案4 实验:用打点计时器测速度
古时候由于生产力不发达,计时的方法是滴水法和回影法等原始的方法。随着科学技术的发展,今天的计时方法既有钟表等一般的计时器,又有精确度极高的光电计时器,在实验室中我们用的是打点计时器,分为电磁打点计时器和电火花计时器,那么它们的工作原理、构造及使用是怎样的呢?
学点1 电磁打点计时器和电火花计时器
⒈对打点计时器的认识
⑴电磁打点计时器:它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。当接通6 V以下低压交流电源时,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50 Hz时,它每隔0.02 s打一点,即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s。
⑵电火花计时器:它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。当接通220 V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50 Hz时,它也是每隔0.02 s打一次点,即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。
⑶电火花计时器工作时,纸带运动时受到阻力小,比电磁打点计时器实验误差小。
⑷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。
说明:电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样,打点的时间间隔都是0.02 s,所以今后的叙述中不再区分,统称打点计时器。
电磁打点计时器是利用电磁感应原理,其结构如图甲所示;电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的,其结构如图乙所示。
甲 乙
图1-4-1
实验步骤:
⑴把打点计时器固定在桌子上,按照要求装好纸带。
⑵打点计时器接交流电源。
⑶接通电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出了一行小点,随后立即关闭电源。
⑷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,那么点的间隔数为n-1个,则纸带的运动时间t=0.02(n-1) s。
⑸用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点n间的距离。
⑹利用公式v=Δx/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。
2.打点计时器的使用
说明:
①打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。
②在使用前应了解它的结构,在使用时要遵照操作规程。
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【例1】电磁打点计时器是一种使用______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。使用打点计时器时,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。
【解析】电磁打点计时器是一种测量时间的仪器,使用低于10 V低压交流电源,它每隔一个周期打一个点,因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期,使用打点计时器时,纸带应穿过限位孔,复写纸套在定位轴上,打点时要先接通电源再让纸带运动。
使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中:
⑴在如下基本步骤中,正确的排列顺序为____________________。
A.把电火花计时器固定在桌子上
B.安放纸带
C.松开纸带让物体带着纸带运动
D.接通220 V交流电源
E.按下脉冲输出开关,进行打点
⑵在安放纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在__________上,
还要检查_____________是否夹在纸带之间。
交流
接通电源
低于6
0.02
限位孔
定位轴

低压交流
接线柱
纸盘轴
墨粉纸盘
A、B、D、E、C
⑶用打点计时器测量瞬时速度的方法与步骤:
①把打点计时器固定在桌子上。
②按照说明把纸带装好。
③启动电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一系列的点。随后立即关闭电源。
④取下纸带,从能够看清的某个点开始,每隔0.1 s,即每5个点取1个“测量点”标出0,1,2,…,5,如图1-4-3所示。
学点2 用打点计时器测量瞬时速度
⑴电磁打点计时器和电火花计时器的结构和原理。
⑵练习使用打点计时器,利用打上点的纸带研究物体的运动情况。
图1-4-3
⑤根据v=Δx/Δt计算出0,1,2,…,5各点附近的平均速度,把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度,并记入下表中,点0作为计时起点,t=0,便可看出手拉纸带运动的速度变化情况。
说明:
①在使用电磁打点计时器时把纸带穿过限位孔,把复写纸片压在纸带上,在使用电火花计时器时,把墨粉纸盘套在纸盘轴上。
②使用时,必须先通电,再拉动纸带。
③测量瞬时速度在选择测量点0,1,2,…,5时,每隔0.1s选择一个较好,方便计算;在选择位移Δx时,应包含上面这个点的一段位移。
④用平均速度v=Δx/Δt代替测量点的瞬时速度,选取的Δx越小(即Δt越短),平均速度越接近瞬时速度,误差越小。
【例2】打点计时器所用电源的频率为50 Hz,某次实验中得到的一条纸
带,用毫米刻度尺测量情况如图1-4-4所示,纸带在A、C间的平均速
度为____ m/s,在A、D间的平均速度为_____ m/s,B点的瞬时速度更
接近 于______ m/s。
【答案】0.17 m/s
0.35
0.42
0.35
图1-4-4
用同一底片对着小球运动的路径每隔0.1 s拍一次照,得到的照片如图1-4-5所示。求1到6间小球的平均速度。
2
图1-4-5
学点3 用图象表示速度
以速度v为纵轴,时间t为横轴建立直角坐标系,根据用打点计时器测出的各时刻的瞬时速度值,用描点法在坐标系中描出各个点,再用平滑的曲线将各点连接起来,就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线,描述速度v与时间t关系的图象,叫做速度—时间图象或v-t图象。
说明:
①匀速直线运动的图象是一条平行于t 轴的直线。匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化,其v-t图象如图1-4-6(1)所示。
②从匀速直线运动的v-t图象不仅可以看出速度的大小,而且可以求出位移,据位移公式x=vt,在速度图象中就对应着边长分别为v和t的一块矩形面积(图(2)中画斜线的部分)。
③从v-t图上可以直观地看出速度随时间的变化情况。
(1)
(2)
图1-4-6
【例3】在研究物体做变速直线运动的实验中,根据实验数据算出了物
体在各不同时刻的瞬时速度如下表
⑴画出物体的v-t图象。
⑵若0到1两测量点间距离Δx=5.6 cm,试求出t=0.06 s时的瞬时速度。
【解析】采用描点法作出v-t图象;用0到1间的平均速度代替t=0.06 s时的瞬时速度。
【答案】(1)如图1-4-7所示(2)56 cm/s
图1-4-7
如图1-4-8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1-4-8所示,求出各计数点的瞬时速度并画出速度—时间图象。
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【答案】
v1=0.195m/s v2=0.40m/s v3=0.51 m/s v4=0.69 m/s v5=0.70 m/s
图1-4-8
当电源频率低于50 Hz时,实验中实际时间间隔大于0.02 s,数值计算时,若仍用0.02 s作为时间间隔来计算,实验数值比物体的实际速度偏大。
1、 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,当电源频率为50 Hz时,振针每隔0.02 s在纸带上打一个点,现在用此打点计时器测定物体的速度,当电源的频率低于50Hz时,数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一点来处理的,则测出的速度数值与物体的实际速度相比,是偏大还是偏小?为什么?
2.平常我们见到的计时仪表如手表或电子表等,都是用指针所指刻度或显示屏上的数字表示出时间,而打点计时器既没有表盘刻度,又没有显示屏,它是怎样计录运动时间的?
打点计时器是利用在纸带上所打出的点计时的,由于打点计时器每隔相同的时间(即打点周期T)打一次点,所以,只要在纸带上做出从某打点A到另一打点B间的间隔数n,就可以知道A→B的时间为t=nT。
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