1、4实验：用打点计时器测速度学习目标1.科学探究学会用打点计时器探究小车的速度随时间的变化2.科学方法掌握用“平均速度”计算瞬时速度的方法3.科学方法学会用“逐差法”和“图象法”计算小车的加速度一、实验原理和方法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交流电源6 V以下交流电源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 s0.02 s记录信息位置、时刻或位移、时间2根据纸带计算平均速度：根据v可求出任意两点间的平均速度，x是纸带上两点间的距离，利用刻度尺测量，t是这两点间的时间间隔3粗略计算瞬时速度：纸带上某点的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内
2、的相距较近的两点间的平均速度来表示二、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、坐标纸三、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t0.02(n1)s计算出纸带的运动时间t.5用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离x，利用公式v计算纸带在这段时间内
3、的平均速度把测量和计算的结果填入表中实验次数点数n点划分出的间隔数n1运动时间t/s位移x/m平均速度v/(ms1)12四、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T0.1 s在纸带上用O、A、B、C、D、标出这些“计数点”，如图所示依次测出OA、AB、BC、CD、之间的距离x1、x2、x3、x4、.(3)A、B、C、D、各点的瞬时速度分别为：vA、vB、vC、vD、.2用图象表示速度 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
4、连接起来，即得到如图所示的vt图象. 五、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，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会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作图时，描点、连线存在偶然误差为减小误差，应选取合适的坐标单位，利用坐标纸作图六、注意事项1如果在纸带上数出了n个点，那么，它们的间隔数是(n1)个，它们的时间间隔为(n1)0.02 s.2使用打点计时器打点时，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，以防打点点迹太密集4
5、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T0.1 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、t应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即v.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点O之间的距离)读数时应估读到毫米的下一位8实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材.【例1】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
6、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t_.E接通电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点F利用公式v计算纸带运动的平均速度实验步骤的合理顺序是_解析A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B项中应将纸
7、带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D项中纸带上记录的时间t(n1)0.02 s合理的实验步骤为BAEDCF.答案交流限位孔复写纸(n1)0.02 sBAEDCF【例2】某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s(本题计算结果均保留3位有效数字)(1)在实验中，使用打点计时器时应先_再_(均选填“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
8、测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表vBvCvDvEvF数值(ms1)0.6400.721(4)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线解析(1)在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带(2)每两个计数点间还有n114个点没有标出(3)vB m/s0.400 m/s；vC m/s0.479 m/s；vDm/s0.560 m/s.(4)图线如图所示：答案(1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.400 0.4790.560(4)见解析图图象法处理数据“三注意”(1)建立坐标系时，坐标原点、
9、坐标轴表示的物理量及单位都要标注清楚(2)画速度时间图象时，要用平滑的曲线将各个点连接起来，不能画折线(3)标度的选取要适当，尽量让图象占据坐标系的大部分空间1关于打点计时器的使用，说法正确的是()A电磁打点计时器使用的是6 V以下的直流电源B在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D纸带上打的点越密，说明物体运动得越快C电磁打点计时器使用的是6 V以下的交流电源，故A错误；实验过程中应先接通电源，后释放纸带，否则纸带上留下的点太少，不利于数据的处理，故B错误；交流电源的频率越高，打点的时间间隔就越小，故C正确；纸带上打的点越密，说明相等
10、的时间内物体运动的位移越小，说明物体运动得越慢，故D错误2(多选)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处，要先接通电源，待计时器开始打点稳定后再释放小车B舍去纸带上开头比较密集的点，然后选取计数点C打点频率为50 Hz，若每隔四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔为0.1 sD实验中应使小车速度尽量小些ABC为了提高纸带的利用率，在释放小车前，小车需靠近打点计时器，这样可以在纸带上打出尽量多的点，纸带上密集点测量时误差较大，故要舍去，然后选取后面清晰的计数点，故A、B均正确；打点频率为50 Hz，每隔四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔
11、为t50.02 s0.1 s，故C正确；如果实验时小车的速度过小，会导致纸带上的点比较密集，不利于选点和测量，故D错误3在实验中，某同学得到一张打点清晰的纸带如图所示，要求测出D点的瞬时速度本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是()AvD，t10.10 sBvD，t20.06 sCvD，t30.10 sDvD，t40.04 sD求D点的瞬时速度，最准确的应是包含该点的最短的一段间隔的平均速度题中间隔CE最好，选项A、B错误；选项C中时间间隔数据错误，CE间的时间间隔应为0.04 s，选项D正确，C错误4电火花计时器通常的工作电压为_伏，
12、实验室使用我国民用电时，每隔_秒打一次点；如图所示纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器，从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是_(选填“速度减小”或“速度增大”)若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时_s.解析电火花计时器通常的工作电压为交流220伏，实验室使用我国民用电时，每隔0.02秒打一次点；相等时间内纸带右侧位移大于左侧位移，说明右侧的速度大于左侧的速度，即物体做速度增大的运动又因从打下A点到打下B点共14个点迹，即A到B共有13个时间间隔，所以共用时t13T0.26 s.答案交流2200.02速度增大0.265(1
13、)电磁打点计时器使用的电源应是_(选填“交流46 V”或“交流220 V”)，实验室使用我国民用电(频率50 Hz)时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为_s.(2)在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选出了一条清晰的纸带，并取其中的A，B，C七个点进行研究，这七个点与刻度尺标度的对应情况如图所示可求出A点到D点的距离是_cm.(3)由实验数据可得A点到D点的平均速度是_m/s；B点的瞬时速度是_m/s.(结果保留2位有效数字)解析(1)电磁打点计时器使用的是46 V的低压交流电，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为T5 s0.
14、1 s.(2)刻度尺为毫米刻度尺，分度值为1 mm，故由题图可知，AD之间的距离为4.10 cm.(3)由v可得AD间的平均速度为vAD0.14 m/s.从图中可知AC间的距离为2.50 cm，用AC间的平均速度可以较精确地表示B点的瞬时速度，即B点的瞬时速度是vB0.13 m/s.答案(1)交流46 V0.1 (2)4.10(3)0.140.136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x15.18 cm，1、2间的距离x24.40 cm,2、3间的距离x33.62 cm,3、4间的距离x4
15、2.78 cm,4、5间的距离x52.00 cm,5、6间的距离x61.22 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12345v/(ms1)_(2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度时间图象解析(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点时：v11.20 m/s，打2点时：v21.00 m/s，打3点时：v30.80 m/s，打4点时：v40.60 m/s，打5点时：v50.40 m/s，将数值填入表格中位置12345v/(ms1)1.201.000.800.600.40(2)描点并连线得小车的速度时间图象答案见解析