高一物理必修一：实验：用打点计时器测速度

1.4实验：用打点计时器测速度课件（人教版必修1）1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的结构和工作原理。2.会正确安装、熟练使用电磁打点计时器和电火花计时器。3.理解根据纸带上的点迹测量速度的原理，会计算瞬时速度。4.理解v-t图像的意义，掌握用描点法画图像，会根据画出的图像描绘物体速度的变化特点。瞬时速度的测定：跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体在不同时刻的位置，如图，若测E点的瞬时速度，可测出D、F两个计数点间的位移Δx和时间Δt，E点的瞬时速度就可用D、F间的平均速度来表示。xvt1.实验器材电磁打点计时器(配学生电源、复写纸)或电火花计时器(配交流电源)、纸带、坐标纸、导线、刻度尺2.两种打点计时器的比较电火花计时器电磁打点计时器结构图示工作电压220V交流电6V以下交流电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0.02s0.02s记录信息位移、时间一、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6V的低压交流电源上。3.接通电源，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，在纸带上打下一系列点。4.关闭电源，取下纸带，把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后每隔相等时间取一个计数点，分别标上A、B、C、D…如图所示，依次测出O到A、B、C、D…的距离，然后计算出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3…二、数据处理1.表格法电磁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：把数据填入表中，根据数据判断纸带是否做匀速运动。23344512ABCDxxxxxxxxvvvv2T2T2T2T、、、位置ABCDEFGxn+xn+1/mv/(m·s-1)2.图像法(1)v-t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，即得到如图所示的v-t图像。(2)v-t图像的意义：直观地反映了运动物体的速度随时间的变化情况，但它不是物体运动的轨迹。(3)图像法的优点：图像法是处理实验数据的常用方法之一。运用图像法处理数据有许多优点，如可以使物理规律直观易懂，可以减小偶然误差，可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。1.使用打点计时器时先接通电源还是先释放纸带？纸带上的点迹直接记录了哪些信息？提示：使用打点计时器时应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放纸带；纸带上的点迹直接记录了运动物体在不同时刻的位置和不同时间内的位移及运动时间。2.在数据处理时，一定要选相邻的点为计数点吗？提示：不一定。由于打点计时器的打点周期为0.02s，时间比较短，相邻两点的距离也比较小，这样在测量和计算时都会带来比较大的误差，所以为了减小误差，往往是每5个打印点为一计数点，这样两个相邻计数点间的时间间隔就是0.1s。3.测量各计数点间的位移时，应一次测量出各计数点到起始计数点的距离，还是分段测量各段距离？提示：测量各计数点间的位移时，应一次测量出各计数点到起始计数点的距离，而不应分段测量，原因是分段测量的误差较大。4.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度会带来系统误差，为减小此误差应采用什么方法？提示：为减小系统误差，通常采取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度的方法，用此平均速度代替计数点的瞬时速度，Δx越小，Δt越小，就越接近该点的瞬时速度，误差就越小。然而两点距离Δx过小，测量误差就会增大，所以为了兼顾瞬时速度的物理意义和减小测量误差，应使所选Δx适当小一点。类型一打点计时器的原理及使用【典例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______，当电源频率为50Hz时，它每隔____s打一次点。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；应把__________电源用导线接在接线柱上；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，需要使用6V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间隔为一个周期，即0.02s，使用电磁打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的上面，打点时应先接通电源，再让纸带运动。答案：交流6V以下0.02限位孔上低压交流接通电源类型二图像法处理纸带【典例2】(2013·珠海高一检测)某同学在做“用打点计时器测速度”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50Hz。(1)如果测得C、D两点间距x4=2.70cm，D、E两点间距x5=2.90cm，则据此数据计算在打D点时的速度公式为_______，小车的速度值vD=_______m/s。(保留三位有效数字)(2)该同学分别算出其他点的速度：vA=0.220m/s，vB=0.241m/s，vC=0.258m/s，vE=0.300m/s，请设计表格将实验数据填入表格中，并在坐标系中作出小车运动的v-t图像，设O点为计时起点。(3)由所作v-t图像判断小车的运动情况是怎样的？【解析】(1)D点为CE的中间时刻，所以可以认为D点的瞬时速度等于CE间的平均速度，即代入数据计算可得vD=0.280m/s。45Dxxv2T，(2)实验表格时间t/s0.10.20.30.40.5速度v/(m·s-1)0.2200.2410.2580.2800.300(3)根据表中数据描点得v-t图像如图所示，从图像上可以看出物体速度随时间均匀增大，所以小车做匀加速运动。答案：见解析