第一章第4节实验：用打点计时器测速度

1、第4节 实验：用打点计时器测速度基础储备明确原理一、实验目的1了解打点计时器的结构、原理及使用方法.2 学会用打点计时器测量物体的速度.3能利用v t图象分析实验数据，描述物体的运动.二、实验原理1. 打点计时器的原理及使用电火花计时器电磁打点计时器结构图示工作电压 打点方式 打点周期 记录信息止呻冲输出插止仍脉冲締出220 V交流电周期性产生电火花0.02 s二/册带2耳紙6V以下交流电振针周期性上下振动0.02 s位移、时间2测平均速度、瞬时速度的原理：跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体在 不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移x.打两个点的时间可用t = (n 1) X

2、 0.02 s求得，则平均速度v =云,当厶t很短时，可以认为U为t时刻的瞬时速度.三、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用 220 V交流电源)、刻 度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等.四、实验步骤1了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上.2 把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与6 V的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面.3接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源.4 取下纸带，从能看得清的某个点数起 ，数一数纸带上共有多少个点如果共有n个点，则用 t= 0.02X (n 1)s计算出纸带的运动时

3、间厶t.x,利用公式v =匸计算纸带在这5 用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离段时间内的平均速度把测量和计算的结果填入表中.、记录项实验次数占八、数n点划分出 的间隔数n 1运动时间 t/s位移&/m平均速度1v /(m s-)12五、数据处理1. 用打点计时器测量瞬时速度(1) 选取一条点迹清晰便于分析的纸带.(2) 从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔 T=5X 0.02 s= 0.1 s.在纸带上用 0、A、B、C、D标出这些“计数点”如图所示.用刻度尺依次测出 OA、OB、OC、OD的距离是3、S2、S3、S4，再利用 捲=汁X2 =S

4、2 Si、X3= S3 S2确定出 OA、AB、BC、CD 之间的距离 Xi、X2、X3、X4(3) A、B、C、D各点的瞬时速度分别为Xi + X2X2 + X3X3 + X4X4 + X5VA=、VB= 2、VC=、VD =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 Vt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

5、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.,应取该计数六、误差分析1利用平均速度来代替计数点的瞬时速度会带来系统误差为减小误差点前、后两计数点来求平均速度.2分段测量计数点间的位移 X带来误差减小此误差的方法是一次测量完成，即一次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.3作v t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差.七、注意事项1.实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应 无明显的阻滞现象.2使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带.3. 手拉动纸

6、带时速度应快一些，以防点迹太密集.4. 使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁 打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面.5. 为了减小实验误差，计数点要每隔T= 0.1 S选一个，即每隔四个点取一个计数点 ， 而计算计数点的瞬时速度时 ， x、At应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间 ，即vXn + Xn+ 12T6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.7 对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移 ，正确的做法是一次测量完毕 (可先统 一测量出各个测量点到起始测量点0之间的距离)读数时应估读到毫米的下一位.&计数点间的时

7、间 t搞错，n个计数点间的时间间隔为t = (n 1)x 0.02 s,而非 盘=n x 0.02 s.'热点实验典例解读*老丽玉*典旃惑悟*崟割实验原理和实验操作例I (2017温州高一检测)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移下面是没有按 操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处.A 在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上.B 把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过 ,并压在下面.C 用刻度尺测量从计时开始点到

8、最后一个点间的距离x.D .切断电源，取下纸带，如果共有 n个清晰的点，则这段纸带记录的时间厶t =Ap ?t4禺cm5.20 cm5.99 cm6.80 cm7.62 cm(1) 在实验中，使用打点计时器时应先 再(选填“释放纸带”或“接通电源”).(2) 每两个计数点间还有个点没有标出.(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10 s测一次速度，计算出打下B、C、DXBC + XAB解析(3)vb =0.479 m/s；Vd =XCD + XBC2t = 0.400 m/s；Vc =2tXDE + XcD心60 m/S.三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表.VbVcVdV

9、eVf数值(m/s)0.6400.721将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图乙直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.如图所示.0百OS0.40,3 ii:i:>ii:HI &lia0.30.40.5- 一 口|-|1|!|4円5 IES1H口詈I Bailia ai ' i ii iiil Ii!e !I I IBH|I I III I II II EllllJl答案接通电源释放纸带(2)4 (3)0.4000.479 0.560见解析图方I祛I技巧求瞬时速度：取包含该点的尽可能短的时间间隔,应用“极限”的思想求物体的瞬时速度.如若要求纸带上B点

10、的速度，通常是求出B点前、后相邻两点A、C间的平均速度， 以此来代替B点的瞬时速度.（2）图象法：图象法是处理实验数据的常用方法 ，运用图象处理数据有很多优点 ，但在 利用数据作图的过程中，由于存在偶然误差，画线时有些数据点要舍掉，以减小实验误差.画 图象时应把握以下三点： 建立坐标系时，坐标原点、坐标轴表示的物理量及单位都要标注清楚. 画速度一时间图象时，要用平滑的曲线将各个点连接起来，不能画折线. 标度的选取要适当，尽量让图象占据坐标系的大部分空间.类型二实验改进与创新例用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度，已知固定在滑块上的遮光条的宽度为 4.0 mm,遮光条经过光电

11、门的遮光时间为0.040 s,则滑块经过光电门位置时的速度大小为（）A. 0.10 m/sC. 4.0 m/sB. 100 m/sD . 0.40 m/s解析遮光条经过光电门的遮光时间很短,所以可以把遮光条经过光电门的平均速度当作滑块经过光电门位置时的瞬时速度，即v =半=4040m/s= 0.10 m/s, A正确.答案A根据遮光条的宽度 x和测出的时间 t,就可以算出遮光条通过光电门的平均速度由于遮光条的宽度 x很小，因此可以认为，这个平均速度就是滑块通过光电门的瞬时速度本题属于实验器材的创新.随堂演练巩固提升1. （2017郑州一中高一检测）电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根

12、据打点计时器打出的纸带，不经计算，通过测量可以从纸带上直接得到的物理量是（）A .时间间隔B .位移C.平均速度D .瞬时速度解析：选B.时间间隔可以通过数纸带上所打点的个数经过计算得出位移可以通过测 量纸带上所打点之间的距离得出而平均速度或者瞬时速度都是依据实验数据通过计算得出.故应选B.2. （多选）关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法中正确的是（）A .打点计时器应接交流电源，交流频率通常为 50 HzB如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08sC.如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大D .电磁打点计时器接在 220

13、 V电源上，电火花计时器接在 6 V电源上解析：选AC.打点计时器使用交流电，电磁打点计时器使用 6 V以下的低压交流电源；电火花计时器使用 220 V交流电源，相邻两点的时间间隔是0.02 s.3. （多选）（2017滨州高一检测）对以下实验、仪器描述正确的是（）A 电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电源B 测量研究小车瞬时速度的实验中，为防止开始时纸带上点迹过于密集，要先使小车运动，再给打点计时器通电C.频闪照片中，某一段物体成像较密集，说明这一阶段运动相对较快D 气垫导轨的优点，使滑块与导轨间有一层薄的空气层，大大减小了滑块运动中所受的阻力解析：选AD.实验中，应先接通电源，后释放纸

14、带，选项B错误；频闪照片中，物体成像密集，说明物体运动较慢,选项C错误.4如图所示,气垫导轨上滑块经过光电门时,其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间厶t.测得遮光条的宽度为x,用普近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度.为使 石更接近瞬时速度，正确的措施是（）A .换用宽度更窄的遮光条B .提高测量遮光条宽度的精确度C.使滑块的释放点更靠近光电门D .增大气垫导轨与水平面的夹角解析：选A.篇表示的是 At时间内的平均速度，遮光条的宽度 x越窄，则记录遮光时间At越小，云越接近滑块通过光电门时的瞬时速度，选项A正确.5. 在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点计时器，打点计时器是一

15、种计时仪器，其电源频率为50 Hz,常用的“电磁打点计时器 ”使用的电压是 V的(选填“直流电”或“交流电”)，它每隔s打一个点.(2)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是A 先接通电源，再让纸带运动B 先让纸带运动，再接通电源C.让纸带运动的同时接通电源D 先让纸带运动或先接通电源都可以在用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于 50 Hz时，如果仍按50 Hz的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真实数值 .解析：(1)电磁打点计时器的工作电压是6 V以下的交流电，一般是46 V 打点间隔为交流电的频率的倒数，当电源的频率是50 Hz时，打点周期

16、是0.02 s.(2) 使用打点计时器时，应先接通电源，让打点计时器工作，再让纸带运动使打点计时 器在上面打出点迹，故A项正确.(3) 当交流电的频率低于 50 Hz时，打点计时器打一次点的时间间隔t将大于0.02 s,利用公式V =管计算时，t取0.02 s时比真实值偏小，因此测出的速度将比真实值偏大.答案：(1)46 交流电 0.02(2)A(3)偏大6. (2017蚌埠高一检测)某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图所 示，每两点之间还有四个点没有画出来，图中上面的数字为相邻两点间的距离，打点计时器 的电源频率为50 Hz.円丄4*严.15.10V «-a()&#

17、171;2IP3* :F57(1) 相邻两个计数点间的时间为 s.打计数点4时纸带的速度 V4=m/s.(保留三位有效数字)解析：(1)每两个计数点间有5个打点间隔，所以T= 5 X 0.02 s= 0.1 s.0.11 + 0.129(2) 打计数点4时的瞬时速度近似等于3、两点间的平均速度，所以V4=m/s2 X 0.1胡.20 m/s.答案：(1)0.1(2)1.207用气垫导轨和数字计时器更能精确地测量物体的瞬时速度如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为 ti= 0.29 s,通过第二个光电门的时间t2= 0.11 s,已知

18、遮光板的宽度为3.0 cm ,分别求滑块通过第一个光电门和第二个光电门的速度大小.腿光板和光源* Mff円塑导-轨示意图解析：由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用 遮光板挡光时间内的平均速度表示.经过第一个光电门的速度大小d 3.0 X 10-vi =瓦=0"29 m/sQ.10 m/s,经过第二个光电门的速度大小23.0 X 10-2m/s0.27 m/s.答案：0.10 m/s 0.27 m/s&如图所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为 0、1、2、3、4、5、6现在量得0、1间的距离X1= 5.18 cm, 1、 2 间的距离 X2 = 4.40 cm , 2、3 间的距离 X3= 3.62 cm , 3、4 间的距离 X4 = 2.78 cm , 4、5 间 的距离X5= 2.00 cm, 5、6间的距离X6= 1.22 cm（频率为50 Hz）.（1）根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度（保留两位小数）并填在下表中.位置12345_ 1v/(m s-)（2）根据（1）中表格，在图中画出小车的速度图象.解析：（1）某点的瞬时速度可以用该点为中间时刻的一段时间内的平均速度表示打1