04 实验：用打点计时器测速度

1、第4节 用打点计时器测速度自主学习、明确目标1了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会安装并使用打点计时器。2学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。3明确速度时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出实验中的速度时间图象。4通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。5通过画速度时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用。6重点：由纸带计算物体运动的瞬时速度。7难点：对纸带数据的处理。研讨互动、问题生成【问题1】怎样测

2、定物体的运动速度【问题2】电磁打点计时器用低压交流电源工作，能不能用直流电源呢，为什么?【问题3】从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小，为什么?【问题4】打点计时器能记录哪些信息? 电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带?【问题5】为什么要先打开电源让打点计时器先工作再松手打纸带?【问题6】怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?【提出你的疑惑】：典例探究 方法归纳【探究1】打点计时器的原理例1、电磁打点计时器的打点周期取决于 ( )A交流电压的高低 B交流电的频率C永久磁铁的磁性强弱 D振针与复写纸间的距离 答案：B解析：电磁打点计时器的打点周期，即振针击打复写纸和纸带的周期，从它利用电磁感应

3、打点的原理可知，振针是由振片带动振动的，而振片上下振动的周期就是线圈中磁场变化的周期，与所用交流电源的电流方向变化周期相对应也就是交流电的周期，等于交流电的频率的倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为1/50s002s我国使用的交流电的频倒数，即若使用电源的频率为50Hz，则交流电的周期为频率统一为50 Hz。点悟：熟悉物理仪器的原理，是做好物理实验的前提。【练习1】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是( )A时间间隔 B位移 C加速度 D平均速度解析：从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔

4、为0.02s.故A选项正确。用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。故B选项正确。从纸带上不能直接得到加速度、平均速度，只可以间接计算。故C、D选项错误。答案：AB【探究2】利用打点计时器打出的纸带求平均速度【例2】用同一底片对着小球运动的路径每隔0.1 s拍一次照，得到的照片如图1所示，求小球的平均速度。图1解析：根据题意，小球从1 cm到6 cm位置，位移s5 cm，所用时间t0.3 s，平均速度vst0.17 ms。点评：本题初看是一新情景的题，经分析可看出本题的做法与利用打点计时器打出的纸带进行数据处理的方法一致题目不难，学生能很快求出平均速度所以培养学生的迁移能力是非常

5、重要的【练习2】某次打点计时器在纸带上依次打出A、B、C、D、E、F等一系列的点，测得距离AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。通过计算说明在打A、F点的时间间隔内，纸带是否做匀速直线运动。如果是，则求速度；如果不是，则求平均速度。已知打点时间间隔为0.02s。提示：计算距离AB、BC、CD、DE、EF是否相等。解析：AB=11.0mm, BC=ACAB=15.5mm, CD=ADAC=13.5mm, DE=AEAD=8.1mm, EF=AFAE=14.4mm, 各段距离不等，说明在打A、F点的时间间隔内，纸带不是做匀速直线

6、运动。m/s=0.625m/s。点悟：物体做匀速直线运动的判据是：在相等的时间间隔内，物体的位移均相等。【探究3】利用打点计时器打出的纸带求瞬时速度并画速度一时间图线。例2、如图2所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示，求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线。 图2解析：(1)1点是0、2间的中间时刻，求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出，0和6两个点的瞬时速度不便求出，然后画出速度一时间图线，注意相邻计数点间的时间间隔T0.1s。即:v

7、1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。(2) 以O点为坐标原点建立直角坐标系横坐标：表示时间纵坐标：表示速度 图3根据第一问计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图3所示。合作探究，问题解决探究一：打点计时器的原理和用途1、下列关于使用打点计时器的说法，其中正确的是 ( )A不要在未放纸带时通电打点，每次打点完毕，应及时切断电源，切忌长时间通电使用B每打完一条纸带，要将复写纸调整一下，确保下一次打点清晰C若发现振片振幅不稳定，应调节振片螺母，以使振动稳定D若打出的点带尾巴或双点，则是由于打点针太长所造成的，应适

8、当调节打点针的长度答案：ABCD2、下列关于打点计时器的说法中正确的是( )A打点计时器使用低压直流电源B打点计时器使用低压交流电源C使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02 sD使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.1 s答案：BC3、使用打点计时器时应注意( )A无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面B使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带C使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行D使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上答案：BCD4、利用打点计时器打出的纸带可求出 ( )A能准确求

9、出某点的瞬时速度B能粗略地求出某点的瞬时速度C能准确求出某位移内的平均速度D可利用某时段的平均速度代表某点的瞬时速度答案：BCD探究二：纸带选取和误差分析5、当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。下列关于纸带上点迹的说法中正确的是（ ）A点迹记录了物体运动的时间B点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状D纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况解析：打点计时器每隔一定的时间（当电源频率为50Hz时，打点的时间间隔为0.02s）打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；点迹的分布情况

10、反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。正确选项为A、B、D。答案：ABD6、通过打点计时器得到的一条打点纸带，如果点的分布不均匀，那么是点密集的地方纸带运动速度比较大，还是点稀疏的地方纸带运动速度比较大？为什么？解析：根据平均速度公式进行讨论，打点计时器打点的时间间隔t保持不变，点稀疏的地方x大，从而纸带的运动速度比较大。答案：点稀疏的地方速度大。7、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50 Hz时，振针每隔0.02 s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50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一个点来处理的则测出的速度

11、数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?解析：当电源频率低于50 Hz时，实验中实际时间间隔大于0.02 s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用0.02 s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大。答案：速度偏大探究三：纸带上的数据处理 8、如图4所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动 （ ）ABCD图4答案：B9、某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验中，让重锤自由下落，打出的一条纸带如图5所示，图中直尺的单位为cm，点O为纸带上记录到的第一点，点A、B、C、D依次表示点O以后连续的各点。已知打点计时器每隔T=0.02

12、 s打一个点。 图5（1）打点计时器打下点G时重锤的速度可用表达式vG=_进行计算，式中各量的意义是_（2）用上式计算出打下点G时重锤的速度为vG=_m/s答案：(1)，FH表示F、H两点间的距离；T表示两点之间的时间（2）vG= 1.30 m/s; 10、如图6所示是用纸带拖动小车用打点计时器测定速度打出的一条纸带A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的记数点相邻计数点间的时间间隔为0.1 s试求：打点计时器打下B、C、D各点时小车的瞬时速度。 图6答案：vB=0.26m/s，vC=0.30m/s，vD=0.34m/s点精示例，巩固提高例1、使用打点计时器时，如果发现纸带上打出的点不清晰，那么

13、可能是什么原因？如何采取措施？ 提示：可从复写纸和打点两方面寻找原因。解析：点迹不清的原因及应采取的措施主要有：（1）复写纸使用过久，可调整复写纸位置，或更换复写纸；（2）电源电压过低，导致打点太轻，可适当提高电源电压；（3）振针位置偏高，同样会导致打点太轻，可适当调低振针。点悟：做实验时，难免会遇到仪器发生故障。要注意培养自己发现问题、对症下药排除故障的能力，这也是一种基本的实验能力。图7例2、如图7为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两点选定的计数点。根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时刻纸带的瞬时

14、速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？提示：根据平均速速度和瞬时速度的定义式求解。解析：AD段的平均速度cm/s=231.25cm/s。当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故B点的瞬时速度cm/s=212.50cm/s。无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，因而不知道OD段的时间间隔。答案：231.25cm/s、212.50cm/s、不能。点悟：注意计数点与计时点之间的区别。计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量时从计数点中按一定的标准选出的点。要点归纳，反思总结1、电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器电磁打点计时器：靠电磁感应带动探针振动通过复