第四节 实验：用打点计时器测速度 教案

实验：用打点计时器测速度
实
验
指
导
一、打点计时器的工作原理
1.电磁打点计时器
电磁打点计时器的工作原理可用下图甲、乙来说明
当线圈中通入的交流电为正半周时，设电流的方向如图甲所示，则线圈中被磁化的钢制簧片左端为N极，水久磁铁使簧片受到一个向下的力;当交流电转为负半周时，电流的方向如图乙所示，簧片左端为S极，水久磁铁使簧片受到一个向上的力.随着交变电流方向的周期性变化，簧片周期性地受到向下、向上的力就振动起来.制造时使簧片的固有率为50Hz等于交变电流的频率，这样簧片就振动得最剧烈，振动频率也为50Hz，每隔0.02s就通过复写纸在运动的纸带上打下一个点，通过纸带上留下的一行小点，我们就能了解物体的运动情况
2.电火花计时器
电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉，它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的，使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔，并夹在两条纸带之间当接通电源、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(如下图所示)，于是在运动着的纸带上就打出了一列点迹，当电源的频率为50Hz时，它每隔002s打一个点。
3.两种计时器比较
(1)两种计时器使用的都是交流电源，当电源频率为50Hz时，都每隔0.02s打一个点，但两者使用的工作电压不同，电磁打点计时器的工作电压为6V以下的低压交流电压，
电火花计时器的工作电压是220V的交流电压。
(2)电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小
(3)电磁打点计时器用一条纸带，电火花计时器用一条或两条纸带
二、打点计时器的使用
1.把纸带和运动物体连接在一起，纸带上的点记录了
运动的时间，同时表示出运动物体的位置.研究纸带上的点之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移及运动情况
2.使用电磁打点计时器时，将纸带穿过限位孔，从复写纸下穿过压纸框，再从另一侧限位孔穿出即可.使用电火花计时器时，安装纸带的方法有两种:一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，打出的点迹颜色较淡;另一种是用两条纸带将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重，缺点是摩擦阻力较大
3.将电磁打点计时器接在4V～6V交流电源上，将纸带穿过计时器，开启电源后，观察振针是否在纸带上打出印记，若没有打出印记，可能有两种情况：
(1)振片没有工作在共振状态下，振动幅度较小可拧松螺钉，适当调整振片位置，紧固后观察振幅，若达到或接近共振状态，即可正常工作
(2)如果振片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直至打出点为止，振针不宜向下调节过长，若调节过长，则振针打点的声音过大，且易出现短横线或双点
三、根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度
1.在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s(电源频率为50Hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小
2.根据=，求出在任意两点间的平均速度，这里的△x为用直尺量出的两点间的距离，△t为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积，这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度
四、路计算原时速度
某点的时速度可以粗略地由包含该点在内的两点间的平均速度来表示如图所示，VE≈DG或VE≈DF
说明:在粗略计算E点的时度时，可利用=公式来求解.但须注意的是，如果取离E点越近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的时速度，但是距离过小会使测量误差大，
应该根实际情况选取这两个点
五、v
-
t医像与其画法
为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用图像来表示速度随时间的交化规律
以速度v为纵轴，时间t为横建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的时速度值，在坐标系中指点最后用平滑线把这些点连接起来，就得到了一条能述v-t关系的图像
六、注意事项
如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度
(2)先接通电源，打点稳定后再拉动纸带
(3)手拉纸带时速度应快一些，以防点迹太密集
(4)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源
类型题
打点时器的原理
进一步了解打点计时器的工作原理及电磁打点计时器和电火花计时器的区别
1.下列关于打点计时器的论述，正确的是
(
).
A.打点计时器可以连续工作很长时间，前后两次打
点之间，只要时间间隔很短，完全可以在前一次打完点后暂时不关闭电源
B.在正常工作下，打点计时器每打一次点用时相等
C.纸带通过电火花计时器时，不会受到摩擦阻力的作用
D.电火花计时器是一种比电磁打点计时器先进的计时器，因此，使用电火花计时器进行实验，结果一定比使用电磁打点计时器更精确
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
纸带的分析、测量与计算
本实验题的重点是通过对纸带的分析和测量计算瞬时速度、加速度，注意相邻计数点间的时间间隔及单位
3.如下图所示为一条打点计时器正常工作时打出的纸带，其中A，B，C，D，E为计时器连续打下的五个点，且打点计时器每打一个点所用时间为T，为求得计时器打点C时纸带的速度，下列算式最合理的是(
)
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示给出了从0点开始，每五个点取一个计数点的纸带，其中0，1，2，3，4，5，6都为计数点，测得X1=1.40cm，X2=1.90cm，X3=2.38cm，X4=2.88cm，X5=3.39cm，X6=3.87cm那么：
(1)在计时器打出点1，2，3，4，5时，小车的速度分别为:V1=
cm/s，V2=
cm/s，V3=
cm/s，V4=
cm/s，V5=
cm/s
(2)在平面直角坐标系中作出v-t图像.
(3)分析小车运动速度随时间变化的规律.
5.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50Hz时，振针每隔.02s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0.02s打一个点来处理的，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?
答案
B
A,B
B
(1)16.50
21.40
26.30
31.35
36.30
(2)
v随t匀速增加
5、当电源频率低于50Hz时，实验中实际时间间隔△大于0.02s.由=可知，实际的速度要小一些，所以，实验数值比物体的实际速度偏大.