高中物理 第一章 运动的描述 1.4 实验：用打点计时器测速度课件 新人教版必修1

1、14 4实验:用打点计时器测速度2一二三四一、实验目的1.了解两种打点计时器的结构和工作原理。2.会安装并使用打点计时器。3.理解根据纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度。 4.明确速度时间图象的意义,掌握描点法画图象的方法,并画出该实验中的速度时间图象。3一二三四二、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)及纸带、刻度尺、电源、导线等。4一二三四三、实验原理1.两种打点计时器的原理构造(如图) 5一二三四电火花计时器工作时,由于纸带受到的阻力较小,所以比电磁打点计时器实验误差小。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。6

2、一二三四3.粗略计算瞬时速度如图所示,D的瞬时速度可以粗略地由包含D点在内的两点间的平均速度来表示,即可以用B、F(或C、E)两点间的平均速度来代替D点的瞬时速度。7一二三四4.v-t图象与其画法为了更直观地反映物体的运动情况,我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值,在坐标系中描点,最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图线。8一二四三四、实验步骤1.练习使用打点计时器(1)把打点计时器固定在桌子上,了解它的结构。(2)按照说明把纸带装好。(3)接通电源,用手水平地拖动纸带

3、,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。9一二四三2.用打点计时器测量瞬时速度(1)取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出若干点。将数出的点数n及这些点划分出来的间隔数填入表中。并据此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间t,将结果填入表中。(2)用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离x,并填入表中。(3)根据纸带从第一个点到第n个点的运动时间t和第一个点到第n个点的距离x,计算出纸带在时间t内运动的平均速度v,并填入表中。10一二三一、实验注意事项1.正确安装复写纸,调节复写纸位置,使纸带从复写纸圆片下穿过。2.将计时器接入50 Hz交流电源,电磁打点计时器应从交流4 V开始,观察振

4、片振动情况,若振幅较小,再升高电压至6 V。3.接通电源,计时器工作,待12 s后再拖动纸带打出点迹。观察点迹是否清晰,打完点后,立即关闭电源(打点计时器是按间歇工作设计的,避免线圈过热而损坏)。11一二三4.在纸带上打不出点或点迹颜色过淡的情况下,纠正的方法有三种:电源电压较低,可适当调高;调整复写纸位置或更换复写纸;调整打点计时器的振针高度。5.画v-t图象时,横轴与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,使描绘的图象能充满坐标平面的大部分空间。6.画v-t图象时,不可以用折线将坐标系中所描绘的点进行连接,而应用一条平滑曲线来“拟合”坐标系中所描出的点。这样,曲线反映的规

5、律才更接近真实情况。12一二三二、误差分析1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移x来求平均速度。2.分段测量计数点间的位移x带来误差。为减小此误差,应一次性测出各计数点到起始计数点O的距离,再分别计算出各计数点间的距离。13一二三14一二三2.用v-t图象描述物体的速度(1)v-t图象的画法:用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系。根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图所示的v-t图象。(2)v-t图象的意义:v-t图象非常直观地表示速度随时间变化的情况,它不是物体运动的轨迹。(3)图象法是处理

6、实验数据的常用方法。运用图象处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易懂,可以减小误差,可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。15类型一类型二类型三【例题1】 一同学在使用电磁打点计时器时,纸带上的点不是圆点而是一些短线,产生这一现象的原因可能是()A.接在直流电源上B.电源电压不稳C.电源频率不稳D.打点针压得过紧解析:接在直流电源上的打点计时器不会工作,选项A错误;打点与电压是否稳定无关,点痕轻重与电压有关,选项B错误;频率不稳打的点仍为圆点,选项C错误;打点针压得过紧,针和纸带接触时间长,打出一些短线,选项D正确。答案:D题后反思题后反思明确电磁打点计时器的原理是关键。1

7、6类型一类型二类型三【例题2】 某次实验时打出的纸带如图所示,打点计时器每隔0.02 s 打一个点,图中O点为第一个点,A、B、C、D为每两点选定一个计数点。根据图中标出的数据,问:打A、D点时间间隔内纸带的平均速度有多大?打B点时刻纸带的瞬时速度有多大?你能算出打OD点时间间隔内纸带的平均速度吗?点拨:根据平均速度和瞬时速度的定义式求解。注意计数点与计时点之间的区别。计时点是打点计时器实际打出的点,而计数点则是测量时从计时点中按一定的标准选出的点。17类型一类型二类型三解析:AD段的平均速度当时间间隔很短时,可以用平均速度代替瞬时速度,故B点的瞬时速度无法算出OD段的平均速度,因为不知道OD

8、间有多少个点,因而不知道OD段的时间间隔。答案:231.25 cm/s212.50 cm/s不能算出OD段的平均速度18类型一类型二类型三19类型一类型二类型三【例题3】 一条利用打点计时器打出的纸带如图所示,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的距离如图所示。求出打计数点1、2、3、4、5时对应的纸带的瞬时速度并画出速度时间图象。20类型一类型二类型三21类型一类型二类型三解析:1点是0、2间的中间时刻,求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度,同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出。0和6两个点的瞬时速度不便求出,然后画出速度时间图象。注意相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s,即v1=0.195 m/s,v2=0.40 m/s,v3=0.61 m/s,v4=0.69 m/s,v5=0.70 m/s。以O点为坐标原点,横坐标表示时间,纵坐标表示速度,建立直角坐标系。根据前面计算出的结果在直角坐标系中描点,然后用平滑的曲线连接各点得到速度时间图象如图所示。答案:0.195 m/s0.40 m/s0.61 m/s0.69 m/s0.70