(共12张PPT)
1.4 实验：用打点计时器测速度
学习目标:
了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法。
知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的。如果电源的频率为50Hz，则每隔0．02s打一个点。
会利用打上点的纸带研究物体的运动情况，掌握一些处理数据的基本方法。
一、练习使用打点计时器
电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，其结构如图所示。它的工作电压是4～6V。电源频率是50Hz时，它每隔 0.02s打一个点。
点火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，其结构如图所示。使用时，墨粉纸盘套在低盘轴上，并夹在两条纸带之间。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。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点。
如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。
二、注意事项：
①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。
②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。
③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。
④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。
三、对打上点的纸带进行数据处理
目的是研究纸带或与纸带相连的物体的运动状况。
设打点计时器打点的时间间隔为 T，那么纸带上相邻两个点所表示的时间间隔就是 T。如果数出纸带上一系列点的总数为 N， 则打这些点所用的总时间为 t=(N-1)T。如果测出这N个点之间的总距离s，则t时间内纸带运动的平均速度为
如果纸带做匀速直线运动，此式计算出来的就是纸带的运动速度。
课堂训练：
1．电磁打点计时器是一种使用_________(交流 直流 )电源的________仪器，它的工作电压是________伏特。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。
2．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．加速度 D．平均速度。
课后作业：
1．关于计数点的下列说法中，哪些是正确的 ( )
A．用计数点进行测量计算，既方便，又可减小误差。
B．相邻计数点间的时间间隔应是相等的。
C．相邻计数点间的距离应当是相等的。
D．计数点是从计时器打出的实际点中选出来，相邻计数点间点痕的个数相等。
2．本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有 ( )
A．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒。
B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔是O．08秒。
C．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。
D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒。
E．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。
3．打点计时器振针打点的周期，决定于： ( )
A．交流电压的高低。 B．交流电的频率。
C．永久磁铁的磁性强弱。 D．振针与复写纸的距离。
4．如图所示的四条纸带，是某同
学练习使用打点计时器得到的
纸带的右端后通过打点计时器。
从点痕的分布情况可以断定：
纸带_______是匀速通过打点计时器的，纸带_____是越走越快的，纸带_______是先越走越快，后来又越走越慢。
5．若所用电源频率是50赫，图中D纸带，从A点通过 计时器到B点通过计时器，历时________s，位移为______米，这段时间内纸带运动的平均速度是______m／s。BC段的平均速度是______m／s，而AD段的平均速度是_______m／s。
阅读材料：打点计时器原理及使用
教材上用的是J0203型打点
计时器，其工作原理可用
右图说明．当线圈中通入
的交流电为正半周时，设
电流方向如图甲，则线圈中被磁化的钢制簧片左端为N极，
永磁体的磁场就使簧片向下运动，振针就在纸带上打出一个
点；当交流电为负半周时，电流方向如图乙，簧片左端变为
s极，永磁体的磁场就使簧片向上运动．如此反复作用，簧
片就振动起来．制造时使簧片的固有频率为50赫，等于交流
电的频率，这样簧片就发生共振，振动频率也是 50 赫，
即周期为0．02秒，并且有较大的振幅。于是振针就每隔0．02
秒向纸带上打出一个清晰的点。打点计时器在使用前应进行检
验，打点周期的等时性不好的要进行调整，具体方法请参阅后
面的参考资料。振针的高度应适当，并且不要松动，否则会出
现漏点、双点、等时性不良等缺点，并对纸带产生过大的摩擦
阻力。纸带在使用前要整平(可用熨斗熨)，以免造成打点间隔
变化或点子不清晰．每打完一条纸带，要将圆形复写纸片的位
置调整一下，以充分利用它的不同部位，保证打点清晰。打点
器是按间歇工作设计的，每打完一条纸带要及时切断电源，防
止线圈过热而损坏．在纸带上测量长度时：不要用短尺一段一
段地测量后相加．以免误差积累。打出的纸带要贴在实验报告
中，作为原始记录。《打点计时器测速度》教学设计
山东省利津县第一中学 毛建军
【教材分析】
打点计时器是高中一个重要的计时仪器，计时的同时还能记录物体的运动情况，这对高一新生来说是全新的。通过对打点计时器的了解，掌握其使用方法。平均速度和瞬时速度是本节的难点，教材用极限的思想，从平均速度过渡到瞬时速度。加强对瞬时速度的理解，拉近物理与生活、模型与实际的距离，培养学生从不同角度看同一问题的素养和学生的发散思维。用图像表示物理量的变化，在生活中是十分常见的方法，本书在这方面加强了很多。在过去教材中“用平滑曲线把点连起来”改换为“根据所描点子”的分布和走向尝试用条曲线来“拟合”这些测量点，即将验证性实验换为探究性实验，思路不一样、逻辑线索不一样。此外，让学生体会图象在反映两物理量关系时的优越性。本节内容从知识到能力要求均很高，特别对刚入高中的新生来说有难度，更具有吸引力和挑战性。21世纪教育网
【教学目标】
一、知识与技能
（1）会使用打点计时器；
（2）会用点计时器测瞬时速度；
（3）理解速度──时间图象。
二、过程与方法
（1）培养学生良好实验习惯，体会实验在物理学发展中的作用；
（2）感受计时器的发展历程；
（3）了解极限思想在处理模型和实际中的作用。
三、情感态度与价值观
通过对平均速度和瞬时速度的理解，让学生感受物理逻辑之美；通过实验培养学生的合作、善于交流、勇与修正自己错误的意识。
【教学内容】
1．打点计时器的使用，使学生明确为什么引入打点计时器、打点计时器的优越性，感受计时器的发展历程。
2．从极限和微分的角度理解平均速度和瞬时速度的关系，同一现象多角度多方位观察。
3．V－t图像的获得和理解，以及在反映物理量和处理实验数据的优越性，能将图像和实际运动情况一一对应。
【教学过程】
一、打点计时器
1．打点计时器的引入
问：同学们能说一下你知道有哪些计时仪器吗？
学生回答，相互补充。肯定学生的回答，同时指出人类对计时的研究经过了漫长的过程。进行情感态度价值观的教育。展示：古代日晷、漏滴、手表（钟表）、秒表、原子钟、视频片段007用脉波，结合对车速的估计和身体倾斜方向估测被绑架后方位，渗透打点计时器的原理。
7000多年前人类发明日晷，约5000多年前，古希腊人发明最早的计时工具──滴漏。公元前1500年，中国人修改这个装置，使它变成了水漏的形状。到了13世纪末，意大利米兰的工程师率先在一个塔楼里建造了世界上最早的机械打钟。1656年，荷兰物理学家惠更斯造出了世界上第一个有摆的钟（很精确）。1820年，瑞士研制出第一个可将秒分离出来、又可随时停下来的钟。而世界上最早的手表是于1790年在日内瓦制成的，但是并不完整，直到1902年，第一只机械手表才终于问世，1946年美国物理学家利比首创了原子钟的原理。两年之后，在华盛顿国家标准局诞生了第一台原子钟。原子钟靠计算铯原子或者氨原子的天然振动来计时，准确性相当高，300年中的误差不到1秒。也许我们目前还不能预见到今后计时工具的发展状况，就象从前的人类想象不到原子钟一样。但我们可以肯定地说，随着人类的进步，计时工具也一定会不断革新发展，因为不论到什么时候，人类都需要了解时间，需要了解时间的流逝。
我这有两个秒表，请三位同学上来共同做一个实验测平均速度，一个同学用手握隹直尺自由落体（短时间），另两位同学分别用秒表计时，计算平均速度对比展示。
问：谁能说一下造成结果差别很大的原因是什么？
同学回答总结：精确度小，人反应有快慢。
为了解决这个问题，我们引入一个新的计时仪器──打点计时器。[来源:21世纪教育网]
2．原理及构造（动画演示）从初中学生熟悉的电磁铁介绍其工作原理。
3．打点计时器的使用
学生分组实验，指导学生实验，同时分别选几条无点、点密、不在一直线上等有代表性的纸带，用展台展示。[来源:21世纪教育网]
问：造成这些情况的原因可能是哪些？
学生思考讨论总结回答。
问：纸带都记录和反映了什么信息？
学生回答老师总结：记录运动的时间和相应位移，反映物体的运动的快慢。
问：你能总结一下使用打点计时器应注意哪些事项吗？
学生回答、相互补充总结：低压交流电源、纸带和复写纸的顺序等。
问：我们能否根据纸带求出物体运动的速度？试计算。
二、平均速度和瞬时速度
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问：同学们计算出的速度是平均速度还是瞬时速度？能否计算打某点的瞬时速度？21世纪教育网
结合以下三个提示理解平均速度和瞬时速度的关系：
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A．匀速运动中平均速度和瞬时速度相等。
B．盆中的水面是平的而海平面是弯曲的。
C．教材第二十三页第一段及旁批
问：你是怎样理解平均速度和瞬时速度关系的？
学生回答，老师进一步解释极限思想（例如可认为人的身高在一天内是不变的），渗透学习物理模型的意义。[来源:21世纪教育网]
问：请同学们根据你的理解，求出连续8个点的瞬时速度，填入表格中。
时刻
速度
三、v—t图像21世纪教育网
如果我们以纵轴代表速度，横轴为时间，请同学们将表格中的数据填入坐标纸上，参照教材第二十四页第二段，处理这些点。
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问：同学们能从v—t图像得到哪些信息？
学生讨论总结：能直观反映物体运动速度与时间的变化关系，能反映物体运动的方向。让学生体会图象在反映两物理量时的直观性。渐渐培养学生从图象获取信息的能力。[来源:21世纪教育网]学校：临清 学科：物理
山东省临清市高中物理学案：第一章 1.4《实验用打点计时器测速度》2
课前预习学案：
预习目标：
1、了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法；
2、知道两种计时器的工作电压，打点周期。
预习内容：
电磁打点计时器（阅读说明书）
工作电压： 打点周期 振针打点不清晰或打不出点的原因可能是什么 应怎样调节
电火花式计时器 （阅读说明书）
工作电压： 打点周期 从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小,为什么
提出疑惑：
课内探究学案：
学习目标：
1、学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况，会测量物体的速度，掌握一些处理数据的基本方法；
2、学会用图象表示速度变化规律的方法，理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。
学习过程：
练习使用电磁打点计时器.
（1）把电磁打点计时器固定在桌子上面。
（2）接通10V以下交流电源, 用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点，立即关闭电源。
（3）取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出n个点, 点之间的间隔数为（n-1）个，用Δt = 0.02(n-1) s, 计算出纸带从第一个点到第n点的运动时间。
（4）用刻度尺测量出从第一个点到第n个点的距离Δχ。利用公式v=Δχ/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度，把测量和计算的结果填入表1中。
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表1： 纸带在某段时间内的平均速度
点数n 点间隔数n-1 运动时间Δt(s) 位移Δχ(m) 平均速度v ( m/s )
[来源:21世纪教育网]
( 5 ) 把打点计时器固定在长木板上，钩码通过细线拴在小车前，小车后连接纸带，打开电源，钩码拉着小车打出一条纸带。在纸带上找出连续的六个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F, 用刻度尺量出相邻的两点间的距离Δχ1,Δχ2,Δχ3, Δχ4, Δχ5，把数据填入表2，根据这些数据，判断纸带的这段运动是匀速运动还是变速运动，是加速运动还是减速运动，并写明理由。
表2：纸带的运动情况
A 和B的距离 Δχ1(m)21世纪教育网 B和C的距离 Δχ2(m) C和D的距离 Δχ3( m) D和E的距离 Δχ4( m) E和F的距离 Δχ5( m)
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判断结果和理由：21世纪教育网
（6）在纸带上方选取点能看清的一段，将某个能看清的点表为0，以后每隔0.1s标一个测量点，测量包含某个测量点在内的一段位移Δχ，记录在表3中，同时记录对应的时间Δt（设电源频率是50Hz）。
表3： 纸带在几段时间中的位移和平均速度
位置 0 1 2 3 4 5
Δχ( m)
Δt ( s)
v ( m/s )
(7)建立v-t坐标系，在坐标纸上画出小车的速度时间图像，并从图像上说明小车的运动情况。
当堂检测：
1．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 ( )21世纪教育网
A．时间间隔 B．平均速度 C．位移 D．瞬时速度
2．某同学将纸带穿过限位孔，接通打点计时器的电源，拉动纸带，但在纸带上打不上点，其可能原因是 ( )
A．复写纸放反 B．使用了直流电源 C．振针过短 D．纸带运动过快
3．打点计时器打点的周期，决定于 ( )
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．
4. 在“练习使用打点计时器”的实验中，下列操作正确的是 ( )
A．打点前，小车应靠近打点计时器，要先接通电源，待计时器开始打点再释放小车
B．要舍去纸带上密集点，然后选取计数点。
C．打点频率为50Hz，每四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔为0.01S。
D．实验中应使小车速度尽量小些。
5. 一学生在练习使用电磁打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是因为 ( )
A．打点计时器错接在直流电源上；
B．电源电压不稳定；
C．打点计时器使用的电压频率不稳定；
D．振针到复写纸片的距离太小
课后练习与提高：
6．在练习使用打点计时器的实验中，某同学操作中有以下实验步骤，步骤顺序排列正确的是 ( )
①把计时器上的电源插头插在交流220 V电源插座上，按下脉冲输出开关，用手水平的拉动两条纸带，纸带上就打下一列小点
②把电火花计时器固定在桌子上
③将纸带穿过打点计时器的限位孔，检查墨粉纸盘是否已经正确的套在纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确的穿好，墨粉纸盘是否已经夹在两条白纸带之间
④用刻度尺测量纸带通过的距离x
⑤取下纸带数一下纸带上共有多少个点，记为N，则点子的间隔数为（N -1），纸带的运动时间为（N -1）0.02 s
⑥计算纸带运动的平均速度： v=Δx/Δt，把结果填入下表：
A．①②③④⑤⑥ B. ②③①④⑤⑥ C. ②③①⑤④⑥ D. ②①③⑤④⑥
7. 质量都是m的物体在水平面上沿直线运动，图1-4中，A、B、C、D是它的运动图象，由图象可知 ( )
A．图B表明物体做匀速运动
B．图C表明物体做减速直线运动
C．图D表明物体做加速直线运动
D．图A表明物体做匀速运动
8．如图1 -5所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6，现在量得0、1间的距离x1=5.18 cm，1、2间的距离x2=4.40 cm，2、3间的距离x3=3.62 cm， 3、4间的距离x4=2.78 cm，4、5间的距离x5=2.00 cm，5、6间的距离x6=1.22 cm （f=50Hz）21世纪教育网
⑴根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中。
⑵根据（1）中表格，在图1-6中画出小车的速度时间图象。并说明小车速度变化特点。实验 用打点计时器测速度 同步练习
1 下列关于打点计时器的说法中正确的是 ………………………………………（ ）
A．打点计时器使用低压直流电源
B．打点计时器使用低压交流电源
C．使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02 s
D．使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.1 s
2 使用打点计时器时应注意 ………………………………………（ ）
A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面
B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带
C．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行
D．使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上
3 打点计时器打出的纸带 ………………………………………………（ ）
A．能准确地求出某点的瞬时速度
B．只能粗略地求出某点的瞬时速度
C．能准确地求出某段时间内的平均速度
D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度
4 1－4－4所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动（ ）[来源:21世纪教育网]
A B[来源:21世纪教育网]
C D
图1－4－4
5 某物体的速度一时间图象如图l－4－5所示，则该 物体 ………（ ）
图l－4－5
A．做往复运动 B．做匀变速直线运动
C．朝某一方向做直线运动 D．以上说法均不正确
6 甲、乙两物体的v－t图象如图l－4－6所示，则 ……………………（ ）
图l－4－6
A．甲、乙两物体都做匀速直线运动
B．甲、乙两物体若在同一直线上，就一定会相遇
C．甲的速率大于乙的速率
D．甲、乙两物体即使在同一直线上，也不一定会相遇
7 某物体沿一直线运动，其v－t图象如图1－4－7所示，则下列说法错误的是（ ）
图1－4－721世纪教育网
A．第2 s内和第3 s内速度方向相反
B．第2 s内和第3 s内的速度方向相同
C．第3 s内速度方向发生变化
D．第5 s内速度方向与第1 s内速度方向相反
8 如图1－4－8所示是一条利用打点计时器打出的纸带，求A点的瞬时速度．
图1－4－8
9.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7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0.10s。
(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，每个0.10s测一次速度，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3位有效数字)
(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。21世纪教育网
[来源:21世纪教育网]
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参考答案[来源:21世纪教育网]
1. 答案：BC
2. 答案：BCD
3. 答案：BC[来源:21世纪教育网]
4. 答案：B
5. 答案：A
6. 答案：ACD
7. 答案：AC
8. 解析：根据瞬时速度的计算方法：某点的瞬时速度近似等于极短时间内的平均速度，所以A点的瞬时速度等于B、C两点间的平均速度
vA＝＝＝4 m／s
答案：4 m／s
9.
