高中物理 14实验用打点计时器测速度精品课件 新人教版必修1.ppt

第四节实验 用打点计时器测速度 知识与技能1 知道电磁打点计时器和电火花计时器的构造和工作原理 2 会利用打出的纸带判断物体的运动时间和相应时间内的位移 3 会根据打点的纸带计算某段时间内的平均速度和某点时的瞬时速度 学习目标 过程与方法1 通过本节的学习了解打点计时器的使用方法 2 通过本实验的具体操作 体会粗略确定物体速度的方法 会求某段时间的平均速度和某一时刻的瞬时速度 情感 态度与价值观通过本节课的学习 了解物理学在处理实际问题的实际应用 从而增强将物理知识应用于实践的意识 如图是一幅表现运动员 挥击网球 的照片 在这里 连续的运动被分离成了离散的 景 瞬间的精彩被定格成了永恒 那么 在实验室我们如何记录瞬间的时间和运动呢 本节中我们将仿照这种方法 利用打点计时器测量做直线运动的物体的速度 知识点解析 1 构造 线圈 永久磁铁 振片 振针 限位孔 复写纸 纸带等 如下图所示 2 电磁打点计时器使用交流电源 电压在6v以下 3 工作原理 接通交流电源后 线圈中产生周期性变化的磁场 振片被磁化 其极性随线圈中磁场的变化而变化 于是振片和永久磁铁之间就产生周期性的引力和斥力 振片就上下振动 带动其上的振针上下振动 这时 如果纸带运动 振针就通过复写纸在纸带上打上一系列的点 4 当电源频率是50hz时 它每隔0 02s打一个点 5 使用电磁打点计时器时 通电以前 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 接通电源后 在线圈和永久磁铁的作用下 振片便振动起来 带动其上的振针上下振动 1 电火花计时器使用交流电源 工作电压是220v 2 电火花计时器的构造如下图所示 主要由脉冲输出开关 正负脉冲输出插座 墨粉纸盘 纸盘轴等构成 3 计时原理 电火花计时装置中有一将正弦式交变电流转化为脉冲式交变电流的装置 当计时器接通220v交流电源时 按下脉冲输出开关 计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针和接负极的纸盘轴产生火花放电 利用火花放电在纸带上打出点迹 当电源的频率为50hz时 它每隔0 02s打一个点 4 两种计时器的比较 1 实验目的 练习使用电火花计时器 利用打上点的纸带研究物体的运动情况 2 实验器材 电火花计时器 纸带 刻度尺 导线 电源 3 实验步骤 把电火花计时器固定在桌子上 检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上 检查两条纸带是否已经正确地穿过限位孔 墨粉纸盘是否夹在两条纸带中间 把计时器上的电源插头插在220v的交流电源上 按下脉冲输出开关 用手水平地拉动两条纸带 纸带上就打了一系列小点 取下纸带 从能看得清的某个点开始 数一数纸带上共有多少个点 如果共有n个点 点的间隔数为 n 1 个 用t 0 02s n 1 就可以算出纸带的运动时间 用刻度尺测量一下打下这些点时 纸带通过的距离 x有多长 表一 表二 4 注意事项 振针的高度应适当 并且不要松动 否则会出现漏点 双点 等时性不良等情况 并且可能对纸带产生过大的摩擦阻力 检查电源的电压是否符合要求 绝对禁止把打点计时器直接接入照明电路中 复写纸片不要装反 每打完一条纸带 要将圆形复写纸片的位置调整一下 以充分利用它的不同部位 保证打点清晰 实验时要先接通电源 再让纸带运动 每打完一条纸带要及时切断电源 防止线圈过热而损坏 纸带应平直地通过限位孔 尽可能地减少纸带与限位孔间的摩擦 3 注意事项 1 在实际计算中并不是 x越小越好 因为 x过小会使测量误差较大 因此应根据实际情况选取两点来测量 x 2 如图所示的纸带d f两点间的平均速度 不但能代表e点的瞬时速度 还能代表d f间其他点的瞬时速度 1 以速度v为纵轴 时间t为横轴建立直角坐标系 用描点法在坐标系中描出物体在各个时刻的速度 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 叫速度 时间图象 2 速度 时间图象反映了物体的速度随时间变化的规律 根据速度 时间图象可以作出哪些判断或得出哪些结论 1 读出物体在某时刻的速度或物体的某一速度所对应的时刻 在右图中 0时刻的速度为v0 t时刻的速度为vt 2 求出物体在某段时间内速度的变化量或物体发生某一速度变化所经历的时间 在图中 0 t时间内速度的变化量为 v vt v0 3 判断运动方向 根据速度的正 负判断运动方向 速度为正 表示物体沿正方向运动 速度为负 表示物体沿负方向运动 在下图中 0 t3时间内物体沿正方向运动 t4 t6时间内 物体沿负方向运动 4 比较物体速度变化的快慢 在v t图象中 直线的倾斜程度 斜率 反映了物体速度改变的快慢 倾斜程度越大 表示速度改变得越快 倾斜程度越小 表示物体的速度改变得越慢 直线不倾斜 平行于时间轴 表示物体的速度不变 在图中 不难看出 物体在0 t1时间内比在t2 t3时间内速度变化得慢 在t4 t5时间内比在t5 t6时间内速度变化得慢 在应用v t图象时 要注意避免下列几种常见的错误 把v t图象和x t图象混淆不清 例如 把v t图象中两条直线的交点误认为相遇 在v t图象中根据直线向上倾斜 向下倾斜判断运动方向等等 把v t图象误认为是质点的运动轨迹 特别提醒 在v t图象中 某段时间图线与时间轴围成的面积值表示该段时间内物体通过的位移大小 形状一样的图线 在不同图象中所表示的物理规律不同 例1在使用电磁打点计时器以前应检查以下哪些方面的内容 a 所用电源是否符合要求b 纸带是否平整c 打点周期的等时性是否良好d 复写纸安装是否正确答案 abcd 典型例题解析 解析 选用合适的电源 是保证打点计时器安全 正常工作的前提 纸带是否平整 影响到纸带运动时受到的阻力 纸带平整时阻力比较小 打点周期性是否良好直接决定着实验结果的误差大小 复写纸的安装是否正确 影响着打点的清晰度 根据以上分析可见 四个选项的内容都是实验前应该检查的 规律总结 使用打点计时器时 应注意以下几方面的问题 1 打点的频率等于交流电的变化频率 2 振针过高 过低 过松均会影响打点的质量 3 为保证打出的第1个点对应于物体运动的初始时刻 应先接通电源 后让物体开始运动 变式训练1在使用打点计时器时 有关以下注意事项或实验操作 正确的内容是 a 每打完一列点迹就要切断电源b 不要移动圆形复写纸片的位置c 纸带一定要从两限位孔穿过 并且压在复写纸的下面d 侧向移动限位孔位置 在一条纸带上可以打出两列点 这样能够提高纸带的利用率答案 acd 解析 每打完一列点就要切断电源 是为了防止线圈过热而损坏 圆形复写纸是套在定位轴上的 定位轴可以移动 每打完一列点后移动一下定位轴 以充分利用复写纸的各个部位 可保证打点清晰 限位孔也可以侧向移动 但在移动时要保证两限位孔纵向对齐 移动后要把螺钉拧紧 正确答案是a c d 例2关于打点计时器打出的纸带 下列叙述中正确的是 a 点迹均匀 说明纸带做匀速运动b 点迹变稀 说明纸带做加速运动c 点迹变密 说明纸带做加速运动d 相邻两点间的时间间隔相等答案 abd 解析 打点计时器的振针打点的频率一定 50hz 相邻两点间的时间间隔相等 如果纸带匀速运动 点迹均匀 如果纸带加速运动 点迹变稀 如果纸带减速运动 点迹变密 规律总结 1 选取一条点迹清晰的纸带为研究对象 2 分析纸带上点与点之间间隔的变化情况 3 若点与点之间的距离相等 就可判断物体做匀速运动 若点与点间距越来越大 则物体做加速运动 反之做减速运动 变式训练2当纸带与运动物体相连接时 打点计时器在纸带上打出点痕 下列关于纸带上点痕的说法中正确的是 a 点痕记录了物体运动的时间b 点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移c 点痕在纸带上的分布情况反映了物体的质量和形状d 纸带上点痕的分布情况反映了物体的运动情况答案 abd 解析 点痕可以记录物体的运动时间 相邻两点之间的时间间隔为0 02s 只要在纸带上数出间隔数n 就可以求出运动的时间间隔n 0 02s 所以a正确 物体的始末位置可以用纸带上对应的点来表示 可以得出相应时刻的位置 用刻度尺测量始末位置对应点的距离 可以得出物体的位移 所以b正确 纸带上点痕的疏密程度可以表示相应时间内通过的距离 所以可以表示物体运动的快慢 因此d正确 点痕可以反映物体的运动情况 但是不能反映物体的质量和形状 因此c错误 所以说法正确的是a b d 例3如图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 答案 231 25cm s212 50cm s不能不知时间分析 根据平均速度和瞬时速度的定义式求解 变式训练3下图是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带 相邻点的时间间隔为0 02s 纸带旁边是一把最小刻度为1mm的直尺 试计算拖着纸带做直线运动的物体 1 在ac这段时间内的平均速度 2 在b点的瞬时速度 例4如图所示是一个物体运动的v t图象 从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的 1 物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度 2 运动的方向是否变化 3 速度的大小是否变化 怎样变化 答案 1 具有一定的初速度 2 变化 3 变化先变大 再不变 再变小 最后反向变大 解析 1 由题图可知 在t 0时v 0 所以物体具有一定的初速度 2 在0 t3这段时间内 速度为正值 说明物体沿正方向运动 t3时刻以后 速度为负值 说明物体沿与正方向相反的方向运动 所以物体运动的方向发生了变化 3 速度的大小发生变化 在0 t1时间内逐渐增大 t1 t2时间内速度大小不变 t2 t3时间内速度逐渐减小 在t3时刻速度为零 在t3时刻以后 速度反向 但大小又在逐渐增大 规律总结 图象能比较直观地表达物理规律 对于v t图象应把握好以下几点 1 判断速度的正负 t轴上方 速度为正 表示物体沿正方向运动 t轴下方 速度为负 表示物体沿负方向运动 2 图象倾斜程度的理解 与t轴平行 则说明物体做匀速运动 在t轴上方且向上倾斜 则说明物体做加速运动 反之则为减速运动 在t轴下方且向上倾斜 则说明物体沿负方向做减速运动 反之则为沿负方向做加速运动 变式训练4如图为某一物体运动的v t图象 下列结论中正确的是 a o到a的速度变化比b到c的速度变化慢b ab平行于时间轴 则物体在ab这段时间内是静止的c o到a的速度方向与b到c的速度方向相反d 物体的位移越来越大答案 ad 解析 图象bc段的倾斜程度大于oa段的倾斜程度 则说明bc段速度变化快 因此a对 ab平行于t轴 则说明在ab段物体做匀速运动 oa段与bc段都在t轴上方 物体的速度均为沿正方向运动 因此c错d对 一 打点计时器1 电磁打点计时器的原理电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定 内 的仪器 使用 电源 工作电压在6v以下 当电源的频率是 时 它每隔0 02s打一个点 通电以前 把纸带穿过 再把套在轴上的 压在纸带的上面 课时训练 2 电火花打点计时器的原理电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同 不过在纸带上打点的不是振针和复写纸 而是 和 如下图 这种计时器工作时 纸带运动时受到的阻力比较 实验误差也就比较 二 练习使用打点计时器使用方法安装好器材 启动电源 用手 地拉动纸带 纸带上就打下了一行小点 随后 电源 取下纸带 从较清晰的某一点开始 数出n个点 则从第一个点到第n个点的运动时间 t 用 测量出第一个点到第n个点的距离 x 三 用打点计时器测量瞬时速度测量瞬时速度的方法如下图所示 根据d f两点的位移 x和时间 t 算出纸带在这两点间的平均速度 用这个平均速度代表纸带经过e点的 四 速度 时间图象在方格纸上建立直角坐标系 用纵坐标表示物体运动的 用横坐标表示 根据表中各时刻的速度 将 作为一组坐标在图象中 将点连线后得出的图象称为速度 时间图象 v t图象 简称 1 一个同学在使用电磁打点计时器做实验时纸带上没有留下任何痕迹 这可能是因为 a 交变电流的电压不稳定b 打点计时器接在直流电源上c 振针与纸带的距离过大d 振针压得过紧答案 bc 解析 交变电流的电压不稳定 只会使打点时的时间间隔不稳定 不影响打点 故a错 若直接接在直流电源上 不能正常工作 故不能打点 振针离纸带过远时振针接触不到纸带 打不上点 振针压得过紧时打出的不是点而是短线 不会没有痕迹 2 一同学从家中出发 沿平直