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

(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
上
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。
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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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