14实验：用打点计时器测速度1

1、课题1.4 实验：用打点计时器测速度主备人 审核人 授课教师 授课班级【三维目标】【知识与能力】1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会安装和使用打点计时器。2.学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。3.明确速度-时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出实验中的速度-时间图象。4.通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量物理量的方法。5.通过画速度-时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用。【过程与方法】1通过学生自己看打

2、点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力2通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法3通过画速度一时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用【情感态度与价值观】感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识【教学重点】1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会安装和使用打点计时器。2.学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。【教学难点】

3、3.明确速度-时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出实验中的速度-时间图象。4.通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量物理量的方法。【教学工具】【自主学习】指导学生完成“知识体系梳理”【新知探究】测定物体的运动速度并不是一件容易的事，特别是物体的速度在不断变化时。为了简化，我们今天只研究物体的直线运动。当物体沿直线运动时，其位移在不断变化，要研究物体的运动，我们首先要准确记录物体的运动信息。怎样记录呢?打点计时器是高中阶段学习的一个重要的计时仪器，通过本节课的学习要掌握打点计时器的工作原理和操作方法为后面对打点计时器的应用打

4、下良好的基础。一、电磁打点计时器1构造 电磁打点计时器构造如下图所示。其工作电压为交流电。当电源频率为，它每隔打一次点，即打点周期为。2打点原理 如上图所示，通电以前，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。当接通电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来。位于振片一端的振针就跟着上下振动起来。这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列的小点。3使用方法及注意事项（1）要在满足电磁打点计时器所需电源，工作电压、频率要求下使用。（2）使用前应检查打点的清晰程度。 （3）在使用打点计时器时，纸带位置要放正，释放纸带时，要使纸带自始至终与打点计时器基板平面平行，让其紧贴基板移

5、动，要尽量不让纸带在移动过程中与限位孔的侧壁相碰，以减小因摩擦而造成的误差。（4）在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定时，再放开纸带。（5）打点计时器属间歇性工作仪器。每打完一条纸带，应及时切断电源，防止线圈长时间通电过热而损坏。二、电火花计时器1构造 电火花计时器的构造如下图（甲）所示。主要由脉冲输出开关、正负脉冲输出插座、墨粉纸盘、纸盘轴等构成。其工作电压为交流，当电源频率为时，它每隔打一次点，电火花计时器的打点周期为。2计时原理 电火花计时器装置中有一将正弦式交变电流转换为脉冲式交变电流的装置。当计时器接通交流电源时，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

6、电针和接负极的纸盘轴，产生火花放电，利用火花放电在运动的纸带上打出小孔而显示出点迹。3优点 与电磁打点计时器相比，这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，实验误差小，操作简便，无须调整工作电压，计时精度与交流电源频率稳定程度一致。三、练习使用打点计时器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发生的位移，从而了解物体运动的情况。例1 当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。下列关于纸带上点迹的说法中

7、正确的是（ ）A.点迹记录了物体运动的时间B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状D.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况正确选项为A、B、D。练习使用打点计时器主要包括两个方面，一是打点计时器的安装，特别是纸带的安装；二是用纸带上的点研究物体的运动。（一）打点计时器的安装及基本操作步骤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；把计时器上的电源插在220V交流电源插座上；按下脉冲输出开头，用手水平地拉动两条纸带，纸带动上就打上一行小点；2取下纸

8、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 s（n-1）计算出纸带的运动时间t；3用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的距离s有多长；4利用公式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。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/m/s12例1 一同学在使用打点计时器时，纸带上点不是圆点而是一些短线，这可能的原因是（ ）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D正确。（二）用打点计时器测量瞬时速度5选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析；6

9、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。表二：位置012345/m/s0.060.060.060.060.060.06v/（m/s）（三）用图象表示速度7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；表三：位置012345t/s0v/（m/s）8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，根据表三的数据在坐标轴上描点，将这些点用平滑的曲线连接起来；9通过曲线的走向大致看出手的速度变化

10、规律，将你的实验结果与其他同学交流一下，说出你的体会；10重复以上步骤再做一次。如果用电磁打点计时器，则实验步骤的第1步相应地应当是：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；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；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。实验注意事项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

11、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.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越接近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0.1 s选一个，即每隔六个点取一个点，而测量点的、的选取上应取前一个点，后两个点之间。即：v=。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。四、实验数据处理1.根

12、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v=，求出在任意两点间的平均速度，这里为用直尺量出的两点间的距离，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。例2 用接在50 Hz 交流电源上的打点计时器，测定小车速度，某次实验中得到一条纸带，如图所示，从比较清晰的点起，每五个打印点取一个记数点，分别标明0、l、2、3、4，量得0与 1两点间距离x1=30mm，1与2两点间距离x2=34mm，3与4两点间的距离x2=48mm，则小车在0与1两

13、点间的时间间隔为 ，小车在0与1两点间的平均速度为 ，小车在0与1两点间比在1与2两点间运动的 （“快”或“慢”） 点评：我们可以从纸带上直接得到的物理量是：（）时间间隔从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔为0.02s；（）位移用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。2.粗略计算瞬时速度：某点的瞬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，或注意：在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用v=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点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个

14、点。3.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的速度图象，即以时间为横坐标，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/s012345v/（m/s）00.100.210.300.390.502.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），

15、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。五、速度时间图象图1物理图象法是运用数学图象，比较直观形象地展示物理规律，解决问题的一种重要方法。它有助于启迪思维，提高学生分析问题、解决问题的能力。下面我们就认识一下速度时间图象。vt0t1t2图2速度-时间图象表示做直线运动的物体的瞬时速度随时间变化的关系。横坐标表示从计时开始的各个时刻，纵坐标表示从计时开始任一时刻物体的瞬时速度，速度时间图象上各点的坐标（t， v）表示t时刻物体的速度是v。因速度是矢量，故速度时间图象上只能表示物体运动的

16、两个方向，t轴上方速度为正值代表物体沿“正方向”运动，t轴下方速度为负值代表速度为“负方向”，所以速度时间图象只能描述物体做“直线运动”的情况，如果做曲线运动，则画不出物体的“速度时间”图象；如图1所示，我们规定小车向左运动为正，那么在速度时间图象上速度为正就表示小车向左运动，速度为负表示小车向右运动。如图2所示0到t1时间内速度为正表示小车向左运动，t1 到t2时间内速度为负表示小车向右运动。 速度时间图象没有时间t的“负轴”，因时间没有负值，画图要注意这一点。从速度时间图象可以直接看出任一时刻物体的瞬时速度，所以就可以知道物体在做加速运动还是减速运动。如图2所示，0到t1时间内速度为正且逐

17、渐减小表示小车向左做减速运动运动，t1 到t2时间内速度为负且逐渐增大表示小车向右做加速运动运动。注意速度的正负表示方向，比较大小时只看速度的绝对值。图象与纵坐标的交点表示物体开始计时时的速度，与横坐标的交点表示这一时刻物体速度为零。例5 如图3为同时、同地出发甲、乙、丙三个物体的“速度时间”图象，下列说法正确的是（ ）丙vt甲乙0图3t1A甲、丙两物体做曲线运动，乙做直线运动B甲物体先加速后减速，丙物体一直做加速运动C甲乙丙三个物体都沿着正方向做加速直线运动Dt1时刻甲乙丙三个物体速度相同，位于同一位置。答案C。例6 如图4所示，为甲乙两物体的运动的图象，则下列说法正确的是（ ）051010

18、15205t/sv/(m/s)乙甲图4A甲物体做速度为5m/s匀速直线运动 B乙物体做初速度为10m/s的减速直线运动C10秒末甲乙两物体的速度相等为 5m/sD20秒末乙物体的速度为零答案为ABCD。六、光电门测速度从人类开始研究物体运动，速度就成为人们测量的对象。随着科学技术的不断发展，测量速度的科技手段也在日新月异，为人类的研究自然带来更大的自由。本文以光电门传感器测瞬时速度为例来欣赏高科技在促进人类活动的快速发展中的重要作用。光电门传感器是测定瞬时速度的仪器，它的原理是发射端发出一束很细的红外线到另一端的接收窗口，当固定在运动物体上一个已知宽度的遮光板通过光电门时，它可以通过数据采集器计下遮光板经过的时间，再用遮光板的宽度与经过的时间比值求得运动物体的瞬时速度。案例 关于利用光电门测量瞬时速度的实验探究，分析下列问题：（1）用光电门测变速运动物体的瞬时速度，在测量速度较小时，为了减小测量误差，应选择宽度比较 _ （填“宽”或“窄”）的遮光板；（2）已知某光电门的时间测量的最大误差为0.1ms，如果物体的实际瞬时速度为10m/s，选用的挡光板宽度是5mm，在用光电门测该物体速度产生绝对误差的最大值为 。(绝对误差=)。解析：（1）由瞬时速度的定义，是当物体的运动的时间趋于零时，物体在这段非常短的时间内的平均速度可认为