2012高一物理课件：1.4 实验：用打点计时器测速度4 （人教版必修1）

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。,二、实验原理(1)打点计时器的原理及使用：,四、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。(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。,三、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源(频率是50 Hz，电火花计时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。,(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t(n1)0.02 s。(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到第n个点间的距离x。,图 141,把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。,(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。,图142,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143,匀速直线运动的vt图像：匀速直线运动的vt图像是与时间轴平行的直线。从匀速直线运动的vt图像中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移。根据位移公式xvt，在vt图像中就对应着边长分别为v0和t0的一个矩形面积，如图143中阴影的部分。,六、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)使用电磁打点计时器时，如打出的点较轻或是短线，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。,七、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)分段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，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)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。,八、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144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。A盒装有红外线发射器和超声波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器，将A盒固定在运动物体(小车)上，B盒固定在某一位置并调整其高度与传感器A等高。测量时A向B同时发射一个红外,图144,图145,2利用光电门测瞬时速度实验装置如图145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门的时间。根据遮,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。,图146,图146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，这样便记录了小球运动的时间。而小球运动的位移则可以用尺子量出。,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。,例1在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是_，有遗漏内容的步骤是_。A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源B将打点计时器固定在平板上，并接好电路C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码,D取下纸带E放手，使小车在平板上运动F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后合理的序号排列为_。,解析合理的步骤如下：B将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码,A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源E放手，使小车在平板上运动D断开电源，取下纸带答案ABDBFCAED,图147,例2在做“用打点计时器测速度”的实验中，某同学得到了如图147所示的一条纸带。图中所示数字为各点距第一点的距离，单位是cm。(1)设计一个表格，将测量得到的物理量和计算出的各相邻两点间的平均速度填入表格中。(2)判断纸带运动的性质，并说明理由。,(2)根据表格数据，作出速度随时间变化的vt图像，如图所示，在误差允许的范围内，相等时间内的平均速度相等，所以纸带做匀速直线运动。,答案见解析,例3用气垫导轨和数字计时器能够更精确地测量物体的瞬时速度。如图148所示，滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门，配套的数