1、理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 第 4 节 实验：用打 点计 时器 测速 度 考向一 考向二 第 一 章 运 动 的 描 述 考向三 返回返回返回返回一、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vt图像分析实验数据，描述物体的运动。返回二、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 220 V交流电 6 V交流电 返回电火花计时器 电磁打点计时器 打点 方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 位移、时间 返回(2)与运动物体连
2、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，这两点间的时间间隔可由 t(n1)0.02 s 求得，则平均速度 vxt，当 t 很短时，可以认为xt为 t 时刻的瞬时速度。返回三、实验器材打点计时器、学生电源、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸。四、实验过程1实验步骤(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压交流电源上。返回(3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后关闭电源。(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始
3、，往后数出若干个点，如果共有 n 个点，那么这 n 个点的间隔数为 n1，则纸带的运动时间 t(n1)0.02 s。(5)用刻度尺测量出这几个点间的距离 x。(6)利用公式 vxt计算出纸带在这段时间内的平均速度。返回(7)把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A、B、C、D作为“计数点”，如图141所示，依次测出O到A、A到B、B到C之间的距离x1、x2、x3。图141返回2数据处理(1)打点计时器打点的周期为 T，则 A、B、C、D各点的瞬时速度分别为：vAx1x22T、vBx2x32T、vCx3x42T，vDx4x52T。把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。位
4、置 A B C D E F(xnxn1)/m v/(ms1)返回(2)利用vt图像分析物体的运动vt图像。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142所示的vt图像。vt图像的意义。vt图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹。图142返回五、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)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。(4)使用电火花计时器
5、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。返回(5)使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。(6)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O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。返回六、误差分析(1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差。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)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，
6、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。返回(3)计数点间的时间t搞错。几个计数点间的时间间隔为t(n1)0.02 s。而非tn0.02 s。(4)作vt图像不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。返回七、它案设计(常用测速度的方法)除用打点计时器测速度外，还可用以下的方法进行测量：1借助传感器用计算机测速度如图143是一种运动传感器的原理图，这个系统由A、B两个小盒子组成。将红外线、超声波发射器A盒固定在小车上，接收传感器B盒固定在某一位置并调整其高度与传感器A等高。小车上A盒发射器对着接收器B，并处在同一直线上。将接收传感器B探测到的红外线、
7、超声波到达的时间差等数据输入返回计算机，利用专门软件可以分析小车的位移与时间的关系。将这些位移和对应的时间差再利用计算机进行处理，就可以分析小车的速度随时间的变化。根据小车的两个位置变化可求得x，两位置的相间差为 t，则小车速度 vxt。图143返回2利用光电门测瞬时速度实验装置如图144所示，使一辆小车从一端垫高的木板上滑下，木板旁装有光电门，其中A管发出光线，B管接收光线。当固定在车上的遮光板通过光电门时，光线被阻挡，记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间。这段时间就是遮光板通过光电图144返回门的时间。根据遮光板的宽度 x 和测出的时间 t，就可以算出遮光板通过光电门的平均速度(v xt)
8、。由于遮光板的宽度x 很小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度。返回3利用频闪照相分析计算物体的速度频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置。通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。返回图145中是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1 s，这样便记录了物体运动的时间。而物体运动的位移则可以用尺子量出。图14
9、5返回与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点迹。因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息。至于求平均速度和瞬时速度，两者都是一样的。返回返回例1 电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器，它的工作电压为_V以下，当电源频率为50 Hz时，每隔_s打一个点；使用电磁打点计时器时，应将纸带穿过_，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的_面；打点时应先_，再让纸带运动。返回解析 电磁打点计时器需要使用6 V以下的低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上相邻两个点之间的时间
10、间隔为一个周期；使用电磁打点计时器时，纸带应穿过两个限位孔，复写纸套在定位轴上，纸带要放在复写纸的下面；打点时应先接通电源，再让纸带运动。答案 交流 6 0.02 两个限位孔 上 接通电源返回例2 打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图146所示，纸带在A、C间的平均速度为_ m/s，在A、D间的平均速度为_ m/s，B点的瞬时速度更接近于_ m/s。图146返回解析 A、C 间的位移为 x11.40 cm，A、C 间的时间为 t10.04 s，所以 A、C 间的平均速度v1x1t11.401020.04 m/s0.35 m/s。A、D 间的位
11、移 x22.50 cm，A、D 间的时间 t20.06 s，所以 A、D 间的平均速度v2x2t22.51020.06 m/s0.42 m/s。A、C 两点比 A、D 两点更接近 B 点，所以 B 点的瞬时速度更接近于 A、C 间的平均速度 0.35 m/s。答案 0.35 0.42 0.35返回 例3 如图147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时间图像。图147返回解析 1 点对应时刻是 0、2 之间的中间时刻，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。而相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。故 v1x022T3.910220.1 m/s0.195 m/s，v2x132T91021.010220.1 m/s0.40 m/s，返回同理v30.61 m/s，v40.69 m/s，v50.70 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，然后连线得到速度时间图像如图所示。答案 见解析返回