用打点计时器测速度

第一章运动的描述学案4实验：用打点计时器测速度古时候由于生产力不发达，计时的方法是滴水法和回影法等原始的方法。随着科学技术的发展，今天的计时方法既有钟表等一般的计时器，又有精确度极高的光电计时器，在实验室中我们用的是打点计时器，分为电磁打点计时器和电火花计时器，那么它们的工作原理、构造及使用是怎样的呢？两种打点计时器电磁打点计时器电火花计时器一.认识打点计时器接4-6V交流电打点计时器是测量时间的仪器。接在50Hz的交流电源上时，相临两点的时间间隔为0.02s。1、电磁打点计时器•（1）原理•（2）构造•（3）工作电压：6V以下直流？交流？•2、电火花计时器•（1）构造：工作电压为220伏•（2）原理：•脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电•尖端放电作用：记录运动物体在一定时间间隔内的位移特点：使用电压在6V以下的交流电，电源的频率是50Hz，每隔0.02s打一个点。不能长时间连续工作。１、打点计时器的作用是什么？使用时有什么特点？２、电磁打点计时器和电火花计时器打点有什么区别？电磁打点计时器是振针上下振动，通过复写纸在纸带上打点。电火花计时器是电火花将墨粉蒸发到纸带上打点。纸带运动受阻较小，实验误差较小。两种计时器的比较：电磁打点计时器电火花计时器电源性质6V以下交流电源220V交流电源打点频率打点时间间隔0.02s，频率50hz打点时间间隔0.02s，频率50hz打点方式振针通过复写纸在纸带上打点电火花放电使墨粉在纸带上成点阻力来源纸带与限位孔、限位盘的摩擦；振针与纸带打点接触时的摩擦纸带与限位孔、限位盘的摩擦电火花计时器比电磁打点计时器更精确二、练习使用打点计时器1、操作步骤（1）固定计时器（2）穿纸带（3）启动电源，拉纸带，随后立即关电源2、纸带的简单处理——测平均速度（1）需测量的量：（2）关系式：△t＝0.1s△x＝？疏密与速度的关系•如何测出E点的瞬时速度？DFDFDF原则：准确性可行性三、测瞬时速度1、测量原理测量某一位置的瞬时速度，可以取包含这一位置在内的一小段位移△x，测出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。2、测量几个时刻的瞬时速度0123△x0△x1△x2△x3四、用图像表示速度•1、图像特点：直观•2、常用作图法•（1）描点作图•（2）据函数关系式作图•3、作图步骤•（1）建系（2）描点（3）作图•是折线，还是曲线（拟合）？？四、用图像表示速度•1、图像特点：直观•2、常用作图法•（1）描点作图•（2）据函数关系式作图•3、作图步骤•（1）建系（2）描点（3）作图•4、速度－时间图像（v-tgraph）手是如何运动的？学点1电磁打点计时器和电火花计时器⒈对打点计时器的认识⑴电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。当接通6V以下低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s。⑵电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。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，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。⑶电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。⑷打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。说明：电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样，打点的时间间隔都是0.02s，所以今后的叙述中不再区分，统称打点计时器。电磁打点计时器是利用电磁感应原理，其结构如图甲所示；电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的，其结构如图乙所示。甲乙图1-4-1实验步骤：⑴把打点计时器固定在桌子上，按照要求装好纸带。⑵打点计时器接交流电源。⑶接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一行小点，随后立即关闭电源。⑷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，那么点的间隔数为n-1个，则纸带的运动时间t＝0.02（n-1）s。⑸用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点n间的距离。⑹利用公式v=Δx/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。2.打点计时器的使用说明：①打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。②在使用前应了解它的结构，在使用时要遵照操作规程。1【例1】电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，它的工作电压是________V，当电源频率是50Hz时，它每隔______s打一次点。使用打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸应套在________上，并要放在纸带的____面；应把________电源用导线接在_________上；打点时应先__________，再让纸带运动。【解析】电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用低于１０V低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源再让纸带运动。使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：⑴在如下基本步骤中，正确的排列顺序为____________________。A.把电火花计时器固定在桌子上B.安放纸带C.松开纸带让物体带着纸带运动D.接通220V交流电源E.按下脉冲输出开关，进行打点⑵在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在__________上，还要检查_____________是否夹在纸带之间。交流接通电源低于60.02限位孔定位轴上低压交流接线柱纸盘轴墨粉纸盘A、B、D、E、C⑶用打点计时器测量瞬时速度的方法与步骤：①把打点计时器固定在桌子上。②按照说明把纸带装好。③启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一系列的点。随后立即关闭电源。④取下纸带，从能够看清的某个点开始，每隔0.1s，即每５个点取１个“测量点”标出０，１，２，…，５，如图1-4-3所示。学点2用打点计时器测量瞬时速度⑴电磁打点计时器和电火花计时器的结构和原理。⑵练习使用打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。图1-4-3⑤根据v＝Δx/Δt计算出0，1，2，…,5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，并记入下表中，点０作为计时起点，t＝０，便可看出手拉纸带运动的速度变化情况。说明：①在使用电磁打点计时器时把纸带穿过限位孔，把复写纸片压在纸带上，在使用电火花计时器时，把墨粉纸盘套在纸盘轴上。②使用时，必须先通电，再拉动纸带。③测量瞬时速度在选择测量点0，1，2，…，5时，每隔0.1s选择一个较好，方便计算；在选择位移Δx时，应包含上面这个点的一段位移。④用平均速度v=Δx/Δt代替测量点的瞬时速度，选取的Δx越小（即Δt越短），平均速度越接近瞬时速度，误差越小。【例2】打点计时器所用电源的频率为50Hz,某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图1-4-4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。【答案】0.17m/s0.350.420.35图1-4-4用同一底片对着小球运动的路径每隔0.1s拍一次照，得到的照片如图1-4-5所示。求１到６间小球的平均速度。2图1-4-5学点3用图象表示速度以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据用打点计时器测出的各时刻的瞬时速度值，用描点法在坐标系中描出各个点，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，描述速度v与时间t关系的图象，叫做速度—时间图象或v－t图象。说明：①匀速直线运动的图象是一条平行于t轴的直线。匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化，其v－t图象如图1-4-6（1）所示。②从匀速直线运动的v-t图象不仅可以看出速度的大小，而且可以求出位移，据位移公式x=vt，在速度图象中就对应着边长分别为v和t的一块矩形面积（图（2）中画斜线的部分）。③从v-t图上可以直观地看出速度随时间的变化情况。（1）（2）图1-4-6【例3】在研究物体做变速直线运动的实验中，根据实验数据算出了物体在各不同时刻的瞬时速度如下表⑴画出物体的v－t图象。⑵若０到１两测量点间距离Δx=5.6cm,试求出t=0.06s时的瞬时速度。【解析】采用描点法作出v-t图象；用０到１间的平均速度代替t=0.06s时的瞬时速度。【答案】(1)如图1-4-7所示（２）56cm/s图1-4-7当电源频率低于50Hz时，实验中实际时间间隔大于0.02s,数值计算时，若仍用0.02s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大。1、电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，振针每隔0.02s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02s打一点来处理的，则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小？为什么？2.平常我们见到的计时仪表如手表或电子表等，都是用指针所指刻度或显示屏上的数字表示出时间，而打点计时器既没有表盘刻度，又没有显示屏，它是怎样计录运动时间的？打点计时器是利用在纸带上所打出的点计时的，由于打点计时器每隔相同的时间（即打点周期T）打一次点，所以，只要在纸带上做出从某打点A到另一打点B间的间隔数n，就可以知道A→B的时间为t=nT。