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1.打点计时器的原理和使用(一)电磁打点计时器(1)构造电磁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．它使用交流电源，工作电压在6V以下．当电源的频率是50hz时，它每隔0.02s打一个点．构造如图所示：①接线柱；②线圈；③永久磁铁；④振片；⑤振针；⑥限位孔；⑦复写纸；⑧纸带．(2)使用①用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面．通电，振片带动振针打点．若纸带运动，其上就会留下一行小点．②如由物体带动纸带运动，物体的位移就对应为纸带上相应点间的距离，运动时间可由该距离上点痕的数目计算．(二)电火花计时器(1)构造电火花计时器在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉．其构造图如图所示：①负脉冲输出插座(黑色)；②正脉冲输出插座(红色)；③脉冲输出开关；④墨粉纸盘；⑤纸带；⑥弹性卡；⑦纸盘轴；⑧压纸条；⑨电源插头．(2)使用①使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔．当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．②电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力较小，此电磁打点计时器实验误差小．打在纸带上的点记录了纸带的运动时间和运动情况，如果把物体跟纸带连在一起，纸带上的点就相应地表示了物体运动的相关信息．从而研究物体的运动情况．2.根据纸带分析物体运动情况并能计算平均速度(1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s(电源频率为50hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小．(2)根据v＝ΔxΔt，求出在任意两点间的平均速度，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积．这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度．3.粗略计算瞬时速度某点F的瞬时速度可以粗略地由包含F点在内的两点间的平均速度来表示．如图所示，vF≈v－EG或vF≈vDH.六、实验操作注意事项1.电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6V以下交流电源；电火花计时器使用220V交流电源．2.实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调整或更换器材．3.使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定时再用手拉纸带．4.手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集.【实验步骤】1．如图2－1－1所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点．4．换上新的纸带，重复实验两次．5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．一、数据处理1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中.位置编号012345t/sx/mv/(m·s－1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3….(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化．图2－1－22．图象法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图2－1－2所示．(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．三、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．5．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．6．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内．在实验过程中，对于减小实验误差来说，下列说法中有益的是()A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量地小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验类型一对实验操作及注意事项的考查例1【解析】要减小实验误差，应从误差产生的来源进行分析，从而采取措施，本实验主要从如何打好纸带和如何较准确地测量距离、实验器材的选取等几个方面来考虑．选取计数点时，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算可减小测量误差；选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验，可以减小因速度变化不均匀带来的误差．【答案】ACD某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”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共七个计数点，其相邻点间的距离如图2－1－3所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s.类型二实验数据的处理例2图2－1－3(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下式(要求保留三位有效数字)．图2－1－4vB＝________m/s，vC＝________m/s，vD＝________m/s，vE＝________m/s，vF＝________m/s.(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图2－1－4所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．(3)根据第(2)问中画出的v－t图线，求出小车运动的加速度为________m/s2.(保留两位有效数字)【解析】(1)vB＝sAB＋sBC0.2s＝3.62＋4.380.2cm/s＝0.400m/s.vC＝sBC＋sCD0.2s＝4.38＋5.200.2cm/s＝0.479m/s.vD＝sCD＋sDE0.2s＝5.20＋5.990.2cm/s≈0.560m/s.(2)利用描点法，先描出不同时刻各点的速度，再画出速度—时间图线，并让尽可能多的点位于这条直线上，如图2－1－5所示．vE＝sDE＋sEF0.2s＝5.99＋6.800.2cm/s≈0.640m/s.vF＝sEF＋sFG0.2s＝6.80＋7.620.2cm/s＝0.721m/s.图2－1－5【答案】(1)0.4000.4790.5600.6400.721(2)见解析(3)0.80(±0.02)(3)由加速度的公式：a＝v－v0t或者根据图线的斜率都可确定出小车运动的加速度，数值应在0.78m/s2～0.82m/s2之间．一、有关打点计时器的使用典例1使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：(1)在如下的步骤中，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.按下脉冲开头，进行打点(2)在安放纸带时要检查墨粉纸是否已经正确地套在________上．还要将墨粉纸位于纸带________．解析电火花计时器的特点是：打点靠放电针和墨粉纸之间的火花放电来实现的，其操作步骤和电磁打点计时器相仿，墨粉纸应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀的被利用．墨粉纸应放在纸带上方，目的是当纸带运动时可以使墨粉纸更好的转动．答案(1)ABDEC(2)纸盘轴上方名师点拨使用电磁打点计时器或电火花计时器时应注意所用的电源不同，电磁打点计时器使用4～6V的低压交流电源，而电火花计时器使用220V交流电源；电磁打点计时器使用的是复写纸，而电火花计时器使用的是墨粉纸，使用时复写纸套在定位轴上，而墨粉纸套在纸盘轴上．二、纸带的分析、测量和计算典例2若所用电源频率是50hz，纸带如图所示，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时___________s，位移为___________m，这段时间内纸带运动的平均速度是__________m/s，BC段的平均速度是__________m/s，且AD段的平均速度是__________m/s.解析A到B点有两个时间间隔，t＝2T＝2×0.02s＝0.04s，sAB＝(1.20＋1.60)×10－2m＝2.80×10－2m，vAB＝sABt＝2.80×10－20.04m/s＝0.70m/s，vBC＝sBCT＝2.20×10－20.02m/s＝1.10m/s，名师点拨在研究物体的运动规律时，经常用打点计时器打点的方法通过纸带记录物体运动的位置(位移)和时间，在分析纸带数据时要注意：①纸带数据给出的方式；②相邻的两个计数点与相邻自然打点的时间关系．如接频率是50hz的交流电源，则每两个自然打点的时间间隔Δt＝0.02s，但做为测量的计数点，相邻两个计数点之间的时间间隔要具体问题具体分析．例如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点，这样每相邻两个计数点的时间间隔为0.1s.三、v－t图像的理解和应用典例3某同学利用打点计时器测得一物体下落过程中拖动的纸带上的点如图所示，相邻计数点之间的时间间隔为0.1s．他标出的O点不是物体刚下落的点．根据图中所得数据求1、3、5、7四个点的瞬时速度，并以计数点O对应的时刻作为t＝0时刻描绘出这一阶段的速度－时间图像．解析点1在点O和点2的时间中点，我们可以求出计数点O到2之间的平均速度，因为时间间隔较短，我们可以用这个平均速度代替点1处的瞬时速度v1≈v1＝x12T＝10.87cm0.2s≈0.54m/s，对应时刻t1＝0.1s；同理，v3≈v3≈0.67m/s，对应时刻t3＝0.3s；v5≈v5≈0.80m/s，对应时刻t5＝0.5s；v7≈v7≈0.93m/s，对应时刻t7＝0.7s；根据以上可知，速度越来越大，物体在这段时间内做的是变速运动．答案见解析名师点拨在平面直角坐标系中，用横轴表示时间，用纵轴表示速度，将各点的瞬时速度和相对应的时刻在坐标系中描出，再用平滑的曲线连接描出的各点，就得到运动物体的速度—时间图像即v－t图像，在这一过程中要注意“顺势”平滑，如果有些点难以落在曲线上，应使它们大致均匀分布在曲线的两侧，切忌把各点用折线连结起来．