高中物理1.4实验：用打点计时器测速度教案 新人教版必修1

第页 共 5 页 1 1 41 4 实验 用打点计时器测速度实验 用打点计时器测速度 实验目标 实验目标 1 知道打点计时器的构造和原理 学会使用打点计时器 能根据打出的纸带计算打几 个点所用的时间 会计算纸带的平均速度 能根据纸带粗略测量纸带的瞬时速度 认识 v t 图象 并能根据 v t 图象判断物体的运动情况 2 通过速度测量过程的体验 领悟两个方法 一是用图象处理物理数据的方法 二是 极限法或说无限趋近法 加强一个认识 实验是检验理论的标准 实验器材 电源 220V 电源或学生电源 打点计时器 纸带 刻度尺 最好是塑料透明 的 导线 实验准备实验准备 1 仔细观察电磁打点计时器和电火花计时器 对照课本 比较它们的异同 2 两类打点计时器的打点时间间隔是多少 3 分析纸带时 如何计算纸带的平均速度 4 严格地说 瞬时速度我们引进测量出来的 你知道用什么方法求出的速度可以代替 某点的瞬时速度吗 5 从器材上读取的数据是原始数据 原始数据是宝贵的实验资料 要严肃对待 要整 齐的记录 妥善保存 实验原理 1 电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器 工作电压为 4 6V 当电源的频率是 50Hz 时 它每隔 0 02s 打一个点 电磁打点计时器是应用电磁原理 制成的 图 1 是它的工作原理图 通电前 先在打点计时器上装上纸带 并把复写纸片压 在纸带上 然后把线圈与 50Hz 4 6V 的交流电源接通 这时 振片被磁化 在磁力作用下 振动起来 每 0 02s 振针压打复写纸一次 被运动物体拖着的纸带上便记录下一系列的点 子 这些点相应地表示运动物体在不同时刻的位置 相邻两点间的时间间隔是 0 计时器 0 02s 我们对纸带上这些点之间的距离进行测量 就可以定量地研究物体的运动规律 2 电火花计时器 电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计 时器 它的构造如图 2 所示 使用时 墨粉纸盘套在纸盘轴上 并夹在两条白纸之间 当 接通用 220V 交流电源 按下脉冲输出开头时 计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针 墨粉纸盘到接到负极的纸盘火花放电 于是在运动的纸带 1 上打出一列点迹 当电源频率 是 50Hz 时 它也是每隔 0 02 s 打一次点 这种计时器工作时 纸带运动时受到的阻力小 实验误差小 上面介绍的两种计时器打点的时间间隔都是 T 0 02s 因此 打在纸带上的点 记录了 纸带运动的时间 如果把纸带跟运动物体连接在一起 纸带上的点子就相应地表示出运动 物体在不同时刻的位置 研究纸带上的点子之间的间隔 就可以了解运动物体在不同时间 里民生的位移 从而了解物体运动的情况 第页 共 5 页 2 实验步骤实验步骤 1 把电火花计时器固定在桌子上 检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上 检查 两条白纸带是否已经正确地穿好 墨粉纸盘是否在两条纸带之间 2 把计时器上的电源插头在 220V 交流电源插座上 3 按下脉冲输出开头 用手水平地拉动两条纸带 纸带动上就打上一列车员小点 4 取下纸带 从能看得清规戒律的某个点数起 数一数纸带上共有多少个点 如果共 有 n 个点 点子的间隔数则为 n 1 个 用 t 0 02 n 1 计算出纸带的运动时间 t 5 用刻度尺测量一下 打下这些点 纸带通过的距离 s 有多长 6 利用公式 t s v 计算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一 中 7 选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析 8 从能够看清的某个点开始 每隔 0 1s 取一个点 在纸带上用数字 0 1 2 5 标 出这些 测量点 测量包括每个点的一段位移 x 记录在表二中 同时记录相对应的时间 以测量该点的瞬时速度 9 计算出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 填入表三 中 点 0 作为计时的开始 即 t 0 10 以速度 v 为纵轴 以时间 t 为横轴在坐标纸上建立直角坐标系 根据表二的数据 在坐标轴上描点 将这些点用平滑的曲线连接起来 11 通过曲线的走向大致看出手的速度变化规律 将你的实验结果与其他同学交流一 下 说出你的体会 12 重复以上步骤再做一次 如果用电磁打点计时器 则实验步骤的前 3 步相应地应当是 1 把打点计时器固定在桌子上 让纸带穿过两个限位孔 压在复写纸的下面 2 把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与 6V 的低压交流电源的接线柱相连接 3 打开电源开关 用手水平地拉动纸带 纸带上就打出一列小点 表一 实验次数点子数 n 点子间隔数 n 1 运动时间 t s 位移 s m 平均速度 v m s 1 2 表二 第页 共 5 页 3 位置 012345 x m t s0 060 060 060 060 060 06 v m s 表三 位置 012345 t s0 v m s 注意事项注意事项 1 要认清楚你使用了哪种类型的打点计时器 电磁打点计时器要使用 10V 以下的交流学 生电源 而电火花计时器则直接使用 220V 的交变电流 2 开头的点迹很密集 这是由于先接通电源后拉动纸带和开始时的速度比较慢而造成的 数点时不能从开始处数 而要向后看 从能够看清的某个点开始 3 如果数出了 n 个点 那么 他们的间隔数是 n 1 个 他们所用的运动时间为 n 1 0 02s 4 打点计时器要固定好 在使用时打点计时器不允许松动 5 打点计时器打点结束时要立刻切断电源 6 要保证手每一次 水平地拉动纸带 7 t x 可以大致表示某包含点的瞬时速度 两边点离得越近算出的平均速度接近 B 点的瞬 时速度 但过小的间距也会增大测量的误差 应根据课本中的例子仔细选取 8 测量点要每隔 0 1s 选一个 即每隔六个点取一个点 而测量点的x t 的选取上应 取前一个点 后两个点之间 即 v t x 06 0 x 9 建立坐标系要根据实际情况取合适的单位 以便曲线能分布于大部分的坐标系中 怎样描绘实验图线怎样描绘实验图线 处理实验数据的常用方法之一是图象法 运用图象法处理数据有许多优点 例如 能比较 直观地表达物理规律 能够减小偶然误差对结果的影响 能够较方便地获得某些未经测量 或无法直接测量的物理量数值 这里我们着重介绍一下怎样描绘实验图线 1 描绘图线时 一般以横坐标代表自变量 以纵坐标代表因变量 在轴的末端箭头旁边 注明代表的物理量及其单位 例如 要描绘做匀速直线运动物体珠速度图象 即以时间为 第页 共 5 页 4 横坐标 以瞬时速度为纵坐标 在纵轴和横轴末端箭头旁分别标注 t s012345 v m s 00 100 210 300 390 50 v t 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0246 v 线性 v 2 根据测量的数据 选取适当的坐标轴的标度 即每格所代表的量值 使横轴与纵轴的 全长 表示数据的最大值的长度 接近相等 图线大约分布在以坐标原点为顶点 以横坐 标为一条边角之间 并尽可能使最小分度与测量的准确程度相一致 例如 在绘制速度图 象的实验数据中 见上表 最大数值为时刻 速度 我们在横轴上取 1 格表示 1s 在纵横 轴上取 1 格表示 0 10m s 横轴和纵轴的全长都占 5 格 且测量的准确值在图上也能确切 标出 当图线不通过坐标原点时 坐标的原点可以不从零开始 这样可以使图线分布匀称 例如 上述速度图象中 如果 t 0 v0 0 20m s 则 v 轴的原点可以从 0 20 开始 教学中的几点考虑教学中的几点考虑 注意培养学生的实验素质 实验课以学生活动为主 各种活动应有序进行 指导学 生阅读课文 说明卡 对照课文和说明卡观察仪器结构 了解仪器功能 操作要领 认真 观察实验现象 小组之间可以交流 对比实验情况 如有意识的变速拉动纸带 观察纸带 上打出的点起始部分 中间部分 最后部分有什么变化 其他小组打出的点有什么不同 这些差异都说明什么问题 以提高对实验现象的观察力 要求学生尊重原始测量的数据 不能随意改动 实验测量的原始数据是研究实验现象 寻 找结论和规律的基本依据 也是检验 评价实验结果的依据 尊重原始测量数据 是良好实验 素质和科学精神的具体表现 注意理解一些名词 概念 如计时点 计数点 两个计数点之间的位移 平均速度 某时 刻的瞬时速度是怎样求得的 各组交流 v t 图象的异同 研究异同的原因 画 v t 图象是 横轴 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 v t 能充满坐标平面的大部分空间 说明卡片内容建议 以电磁打点计时器为例 在桌边固定打点计时器 第页 共 5 页