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第四节 实验:用打点计时器测速度


《实验:用打点计时器测速度》导学案 实验:用打点计时器测速度》
学习目标】 一【学习目标】 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 并使用打点计时器。 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。 自学教材】

二【自学教材】 1.打点计时器的认识 1.打点计时器的认识

(1)电磁打点计时器使用的是______(填直流或交流电),其工作电压为________ (2)我国交流电的频率为 50Hz,使用这种电源时,每隔____秒打一个点,即相邻两个点之间的时间间 隔是______. (3)电火花计时器使用的是______(填直流或交流电),其工作电压为________ (4)电火花计时器工作时,纸带运动时受到的阻力比较____,实验误差也就比较_____。 2.练习使用打点计时器 2.练习使用打点计时器 使用方法: ①了解打点计时器的结构,然后把它固定在桌子上。 ②把纸带装好。 ③启动电源,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,从能够看清的某个点开始,往后数出若干个点,如果数出 n 个点, 这些点之间的间隔 数为_______个, 计算出纸带从第一个点到第 n 点的运动时间用Δt = _________ s。 ⑤用刻度尺测量出从第一个点到第 n 个点的距离Δχ。 利用公式υ=_________计算出纸带在这段 时间内的平均速度,把测量和计算的结果填入表 1 中。 表 1: 纸带在某段时间内的平均速度 点子数 n 点子间隔数 n-1 运动时间 Δt/s 位移Δχ/m 平均速度 υ/ ( m/s )

3.用打点计时器测量瞬时速度 3.用打点计时器测量瞬时速度 ⑥在纸带上方选取点能看清的一段(如图) ,将某个能看清的点标为 0,以后每隔 0.1s 标一个测量 点,测量包含某个测量点在内的一段位移Δχ,记录在表 2 中,同时记录对应的时间Δt(设电源 频率是 50Hz) 。 表 2: 纸带在几段时间中的位移和平均速度

位置 Δχ/ m Δt / s υ/ ( m/s )

0

1

2

3

4

5

上表中算出的 v 是 0,1,2,……,5 各点附近的平均速度,把它当做计时器打下这些点时的瞬时速度, 抄入表 3。点 0 作为计时的开始,t=0. 表 3: 手拉纸带在几个时刻的瞬时速度 位置 Δt / s υ/ ( m/s ) 通过表 3 可以看出手拉纸带运动速度的变化情况。 v/(m/s) 4.用图象表示速度 4.用图象表示速度 以速度 v 为纵轴,时间 t 为横轴在方格纸上建立直角坐标系,根据 表 3 中的 v、t 数据,在坐标系中描点,用一条平滑曲线来“拟合” 坐标系中描出的点,这就是速度-时间图象(v-t 图象) 。根据实验 数据的最大值和最小值合理选取 x、y 轴的单位长度,使所描的图 象充满坐标平面的大部分空间。 重点难点】 三【重点难点】 打点计时器的使用。 一、 打点计时器的使用 0 t/s 电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器,其结构如图所示。 它的工作电压是 6V 以下。电源频率是 50Hz 时, 它每隔 O.02s 打一个点。 电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出 小孔而显示出点迹的计时仪器,其结构如图所 示。使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上, 并夹在两条纸带之间。 当接通 220V 交流 电源,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电针、墨粉 纸盘到接负极的纸盘轴产生火花放电。 于是在运动的纸带上就打出一列点迹。 当电源频率是 50Hz 时,它每隔 O.02s 打一次点。如果把纸带跟运动的物体连接在一起,打点计时 器便在纸带上打下一系列的点, 这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置, 也记录了相应的时间。 通过对纸带上点子之间距离的研究,可以了解物体运动的情况。 注意事项:①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如遇到打出的是短横线,应调整一下 注意事项: 振针距复写纸片的高度,使之增大一点。②使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器稳定 后,再释放纸带。③释放物体前,应使物体停在靠近打点计时器的位置。④使用电火花计时器时, 应注意把两条白纸带正确穿好,墨粉纸盘夹在两纸带之间,使用电磁打点计时器时,应让纸带通过 限位孔,压在复写纸下面。 交流与讨论】 【交流与讨论】 问题 1.振针打的点不清晰或打不出点可能有哪些情况? 总结: ①调整复写纸位置或更换复写纸。② 调整打点计时器。 (可能是振动片的振动幅度太小了, 0 1 2 3 4 5

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;可能是振针的位置太高,调节振针直到能打出点为止) ③若是电磁 打点计时器,可能是选择的电压太低,可适当调高电压,但不得超过 6V。 问题 2.为什么要先打开电源让打点计时器先工作 1~2s 再松手打纸带?可不可以先松手再打开打点 计时器的电源? 总结: 打点计时器打开电源后要经过一个短暂的时间才能稳定工作,所以应先打开电源让打点计时 器工作 1~2s 后才能松手打纸带.这样做可以减小误差 问题 3 打点计时器打完点后要及时关闭电源,这样做有什么好处? 总结:因为打点计时器是按照间歇性工作设计的,长期工作会导致线圈发热而损坏 【典型例题 1】 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,根据打点计时器打出的纸带, 】 我们可以从纸带上直接得到的物理量是( )A.时间间隔 B.位移 C.瞬时速度 D.平均速度 解析: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.故 A 选项正 解析 确。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。故 B 选项正确。从纸带上不能直 接得到瞬时速度、平均速度,只可以间接计算。故 C、D 选项错误。答案:AB ( ) 【反馈练习 1】在“练习使用打点计时器”的实验中,下列操作正确的是 A.打点前,小车应靠近打点计时器,要先接通电源,待计时器开始打点再释放小车; B.要舍去纸带上密集点,然后选取计数点。 C.打点频率为 50Hz,每四个点取一个计数点,则计数点之间的时间间隔为 0.1s D.实验中应使小车速度尽量小些 【反馈练习 2】在练习使用电火花打点计时器的实验中,某同学操作中有以下实验步骤,步骤顺序 排列正确的是 ( ) ①.把计时器上的电源插头插在交流 220 V 电源插座上,按下脉冲输出开关,用手水平的拉动两条 纸带,纸带上就打下一列小点②.把电火花计时器固定在桌子上 ③. 将纸带穿过打点计时器的限 位孔,检查墨粉纸盘是否已经正确的套在纸盘轴上,检查两条白纸带是否已经正确的穿好,墨粉纸 盘是否已经夹在两条白纸带之间④.用刻度尺测量纸带通过的距离Δx ⑤.取下纸带数一下纸带 上共有多少个点,记为 N,则点子的间隔数为(N -1) ,纸带的运动时间为(N -1)× 0.02 s ⑥.计 算纸带运动的平均速度: v=Δx/Δt, 把结果填入下表: 点子数 N 点子间隔数 N -1 运动时间 t/s 位移 x/m 平均速度 v/(m·s )
-1

A.①②③④⑤⑥ B. ②③①④⑤⑥ C. ②③①⑤④⑥ D. ②①③⑤④⑥ 由纸带计算物体运动的瞬时速度。 二.由纸带计算物体运动的瞬时速度 对打上点的纸带进行数据处理,目的是研究纸带或与纸带相连的物体的运动情况。设打点计时器打 点的时间间隔为 T,那么纸带上相邻两个点所表示的时间间隔就是 T。如果数出纸带上一系列点的 总数为 N,则打这些点所用的总时间为 t=(N-1)T。如果测出这 N 个点之间的总距离 s,则 t 时间内 纸带运动的平均速度为

s s = t ( N ? 1)T 此式计算出来的就是纸带的运动速度。 如果纸带做匀速直线运动, 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 关系的图象。 v=
【典型例题 2】 如图所示,是一条利用打点计时器打出的纸带,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,求出各计数点的瞬 时速度并画出速度一时间图线。 解析:① 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、 解析 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.然后画出速度一时间图线.注 意相邻计数点间的时间 T=0.1s. 即:v1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。 ② 以 O 点为坐标原点建立直角坐标系.横坐标:表示时间 纵坐标:表示速度。根据第一问计算 出的结果在直角坐标系中描点,然后连线得到图象如图所示.

【反馈练习 3】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 (f=50Hz) (结果保留两位有效数字)

⑴根据上面记录,计算打点计时器在打 1、2、3、4、5 点时的速度并填在下表中。 位置 1 2 3 4 5

v/ (m/s)
⑵根据(1)中表格,在图中画出小车的速度时间 图象。并说明小车速度变化特点。

(编辑:王永红

编审:王明庆

2010-9-7)

《实验:用打点计时器测速度》同步测评
基础巩固】 【基础巩固】 1.利用打点计时器打出的纸带可求出……………………( A.能准确求出某点的瞬时速度 B.能粗略地求出某点的瞬时速度 C.能准确求出某位移内的平均速度 D.可利用某时间段的平均速度代表某点的瞬时速度 )

2.下列关于打点计时器的说法中正确的是 …………………………( ) A.打点计时器使用低压直流电源 B.打点计时器使用低压交流电源 C.使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0.02 s D.使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0.1 s 3.使用打点计时器时应注意 ………………………………………( ) A.无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写 纸片压在纸带的上面 B.使用打点计时器时应先接通电源,再拉动纸带 C.使用打点计时器在拉动纸带时,拉动的方向应与限位孔平行 D.使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上 4.如图所示,根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动 ( )

A

B

C D 5.电磁打点计时器的电源应是________电源,通常的工作电压为________,实验室使用我国民用电 时,每隔________秒打一次点,如果每打 5 个取一个计数点,即相邻两个计数点间的时间间隔为 ________秒。 6.如图所示是一条利用打点计时器打出的纸带,求 A 点的瞬时速度.

【能力提升】 能力提升】 7.如图所示是用纸带拖动小车用打点计时器测定速度打出的一条纸带.A、B、C、D、E 为我们在纸 带上所选的记数点.相邻计数点间的时间间隔为 0.1 s.试求:打点计时器打下 B、C、D 各点时小 车的瞬时速度.

图 1-4-14

8.(2001 上海)利用打点计时器研究一个约 1. 4 高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部, 纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图所示,数据如表格所示。纸带中 AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为 0.10s,根据各间距的长度,可计算出卷帘窗在各间距内 的平均速度 V 平均。可以将 V 平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度 V。 (1)请根据所提供的纸带和数据,绘出卷帘窗运动的 V-t 图线。 (2)AK 段的平均速度为 m/s。

图 1—4—15

(编辑:王永红

编审:王明庆

2010-9-7)

《实验:用打点计时器测速度》导学案与同步测评答案与解析 实验:用打点计时器测速度 实验
自学教材】 【自学教材】 (1)交流电,6v 以下 1. (2)0.02,0.02 秒 (3)交流电,220v (4)小,小。 2.(1)④n-1, 0.02(n-1)⑤Δχ/Δt 2. 反馈练习】 【反馈练习】 1.AB 2.C 3.(1)如下表

位置 v/ (m?s-1) (2)如图

1 1.2

2 1.0

3 0.80

4 0.60

5 0.40

【同步测评】 同步测评】 1.BCD 2.C; 3.BCD; 4.B; 6. 4m/s;

5.低压交流,6v 以下,0.02 秒,0.1;

7.vB=0.26m/s,vC=0.30m/s,vD=0.34m/s;8.(1)如图所示,(2)VAK=1.39m/s。

(编辑:王永红

编审:王明庆

2010-9-7)


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