高中物理人教版必修一 第一章第四节实验：用打点计时器测速度

1、用打点计时器测速度,教学目标,了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理,经历使用打点计时器的过程，能正确、熟练地使用打点计时器,会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法，会用这种方法计算瞬时速度,能运用实验数据描述v-t图象，并会根据画出的图象描绘物体运动速度的变化特点,教学重点,教学难点,学会使用打点计时器,能根据纸带计算物体运动的瞬时速度,会用描点法描绘物体的速度时间图象，并从中获取物理信息,处理纸带的方法，用描点发画图象的能力,如何准确测量运动物体在某时刻的速度,位移尽可能短,平均速度,打点计时器,平均速度？还是瞬时速度,

2、如何尽可能精确地测量瞬时速度,如何同时测量多个时刻物体的速度,需要记录物体的运动情况,打点计时器的结构,打点计时器的工作原理,打点计时器,两种打点计时器,电磁打点计时器,电火花计时器,电磁打点计时器,构造,原理,原理：振针振动时压迫复写纸将点印于纸上,工作电压：10V 以下（交流电,纸带,限位孔,永久性磁铁,接电源,线圈,振针,复写纸,振片,永久磁铁,打点针,振动片,线圈,问题与练习,打出的点迹不够清晰的原因可能是（,A. 电源电压偏低 B. 永磁体磁性不足 C. 振针位置过高 D. 复写纸陈旧 E. 振动片不在永磁体的中央,ABCDE,电磁打点计时器,针对以上几种情况，应该怎样调节以使打出的

3、点迹足够清晰,A. 电源电压偏低 B. 永磁体磁性不足 C. 振针位置过高 D. 复写纸陈旧 E. 振动片不在永磁体的中央,可适当调高电压,但不得超过10V,更换新的永磁体,调节振针直到能打出点为止,换新的复写纸,调节振动片的位置,另，以下两种情况也会引起点迹不清晰 可能是振动片的振动幅度太小了,可以调节振动片的位置 可检查压纸框的位置是否升高而阻碍了振动片使振针打不到纸带上,可将压纸框向下调节到原来的位置,构造,原理,电火花打点计时器,工作电压：220V（交流电,脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电,原理：周期性的火花放电将墨粉纸盘上的墨粉打到纸带上,负脉冲输出插座（黑色,墨粉纸盘,弹性卡,纸带,

4、脉冲输出开关,正脉冲输出插座（红色,压纸条,导电片,墨粉纸盘,放电针,纸带1,纸带2,压纸条,纸盘轴,弹性卡,尖端放电,问题与练习,对比电磁打点计时器和电火花计时器，你认为哪一种可能引起较大的误差？为什么,电磁打点计时器引起的误差较大。 因为电磁打点计时器打点的瞬间，会阻碍纸带的运动,问题与练习,你的左手拿一块表，右手拿一支彩色画笔。你的同伴牵动一条宽约 1cm 的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动。每隔 1s 你用画笔在纸带上点一个点。你还可以练习在 1s 内均匀地点上两个点。这样，就做成了一台简单的“打点计时器”（如图所示）。想一想，相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关系？牵动纸带

5、的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有没有影响,纸带速度越大，相邻两点间的距离越大。纸带速度与相邻两点的时间无关,小结,振针和纸带接触会影响纸带运动，误差大,火花放电不会影响纸带运动，误差小,实验误差,时间间隔,打点方式,所用电源,电磁打点计时器,电火花打点计时器,46V，50Hz 交流,220V，50Hz 交流,振针打点,电火花打点,每隔 0.02s 打一点,每隔 0.02s 打一点,打点计时器的使用步骤,处理纸带数据的一般方法,打点计时器使用步骤与纸带处理,练习使用打点计时器,操作步骤,a.固定计时器,b.穿纸带,c.启动电源，拉纸带，随后立即关电源,若电源没有开，而拉动纸带的速度比较大，

6、可能纸带走了很长一段距离，都没有打点，那么纸带上有相当一段距离是空白的,练习使用打点计时器,练习使用打点计时器,纸带记录了手在拉动纸带过程中的哪些信息呢,记录了打相邻两点的时间间隔,记录了物体在相应时刻的位置,用纸带探究物体的运动,纸带上点的疏密与速度与什么样的关系？即点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小,点越密表示物体在该段的速度越小,相等时间，x1 x2,v1 v2,x1,x2,纸带的处理测平均速度,若要通过纸带来测量物体在某一段时间内的平均速度，那么需要测量的量都有哪些？关系式是什么,需要测量这个过程中的总位移和总时间,舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始，每隔一定间隔标记一个计数点

7、,纸带的处理测平均速度,T = 4t = 4 0.02 s = 0.08 s,0,1,2,3,4,纸带的处理测平均速度,为了计算各段的平均速度，应该如何设计表格？（需测量01、12、23、34、12、24各段的平均速度,0,1,2,3,4,区间,手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度,0-1,1-2,2-3,3-4,0-2,2-4,纸带的处理测瞬时速度,如何测出E点的瞬时速度,x 段的平均速度,当x 很小很小时，平均速度即为E点的瞬时速度,纸带的处理测瞬时速度,如何测出E点的瞬时速度,D,F,D,F,D,F,纸带的处理测瞬时速度,如图，能否用M N 这段的平均速度来代替A点的瞬时速度呢,M N

8、两点间的时间间隔未知 实际问题中，无法计算A点的瞬时速度,纸带的处理测瞬时速度,这两个结果哪个更接近A点的瞬时速度呢,24距离的测量误差比15距离的误差大， 因此测量出来的速度与真实速度相比有较大的偏差,当计算点迹比较密的那些点中某一点的瞬时速度时，我们可以取距离间隔较长一些，这样测量误差相对较小，测量结果更接近真实速度,纸带的处理测瞬时速度,测量几个时刻的瞬时速度,若要测量计数点 0、1、2、3 这几个点处物体的瞬时速度，那么应该如何确定 x,原则：准确性 可行性,每5个点记一个计数点，时间间隔T =0.1s,x0,x1,x2,x3,0,1,2,3,纸带的处理测瞬时速度,如何设计表格,x0,

9、x1,x2,x3,0,1,2,3,区间,手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度,0,1,2,3,纸带的处理测瞬时速度,将数据填入表格,某次实验得到的11组实验数据,速度v/ms,1,间隔/cm,时刻t/s,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,0.90,0.85,0.81,1.00,1.22,1.13,1.60,1.69,3.15,4.28,4.25,0.22,0.21,0.20,0.25,0.31,0.28,0.40,0.42,0.79,1.07,1.11,纸带的处理测瞬时速度,用打点计时器测量物体速度的方法还能用在什么地方,只能测量单向直线运动的

10、常规物理,把纸带的下端固定在重物上，上端用手提着，纸带穿过打点计时器。接通电源后将纸带释放，重物便拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中有一段如图所示。 （1）如图所示的纸带，哪端与重物相连？ （2）怎样计算纸带上打A点时重物的瞬时速度？说出你的道理,问题与练习,1）纸带左端与重物相连 （2）测出A点与其右方相邻一点间的距离，记为这两点间所学t=0.02s，所以可以求得这两点间的平均速度因为t=0.02s在要求不高的情况下，可以认为是很小的。 所以，A点的速度可以认为等于0.35m/s,总结,利用纸带研究物体的运动,测平均速度,测瞬时速度,图象处理数据：用平滑曲线连接各点,用平均速度近似替代,

11、x选取原则,准确性 可行性,试根据下表在图中作出其图象,用图像表示速度,v(m/s,t/10 s,1,v(m/s,t/10 s,1,0,1,2,3,4,5,0.05,0.1,0.2,0.3,0.28,0.28,0 1 2 3 4 5 6 7 8,0.60.50.40.30.20.1,v(m/s,t/10 s,1,需选定合适的单位长度,用图像表示速度,作图步骤,以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标系中以时刻t和相应的瞬时速度v为坐标描出各个点,用平滑的曲线将各点连接起来,这样得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，叫做速度时间图象或v-t图象,常用的作图法还有“据函数关系式作图法,

12、描点法,用图像表示速度,匀速直线运动的v-t图象,图像特点：直观,用图像表示速度,在图象中，为什么不能用折线（如下图）把各点连起来，以此来表示物体速度随时间的变化情况呢,物体实际运动情境中，速度应该是一个逐渐变化的过程，并不是如折线那样有比较突然的变化,问题与练习,如图，是甲、乙两个物体运动的v-t图象，至少从以下三个方面分别说明它们的速度是怎样变化的。 （1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？ （2）速度的大小是否变化？是加速还是减速？ （3）运动的方向是否变化,1）甲有一定的初速度，乙的初速度为零 （2）甲的速度不变，乙先做加速运动， 再做匀速运动，最后做减速运动 （3）甲、乙的运动方向都不发生变化,频闪的历史来源,在美国加利福尼亚镇的小酒馆里，有两个人发生了一些争执,马在高速奔跑的时候，是否有一瞬间，马的四脚同时腾空,他们始终无法说服对方，于是他们请来了驯马师,频闪的历史来源,但是，由于马跑得实在是太快了，驯马师也无法分辨马儿奔跑时，是四脚腾空还是始终有一只脚着地,这位驯马师的一位好朋友，摄影师麦布里奇，得知此事后，经过多次尝试，终于找到了解决这个问题的方法,麦布里奇,频闪的历史来源,马儿奔跑起来后，绊倒细绳，拉动对应的摄像机的快门，于是摄像机便记录下了马儿该时刻的状态,24