6实验：用打点计时器测速度.doc

物理必修1第一章 学案（6） 2011.9.126.实验：用打点计时器测速度【实验目的】1、学会使用打点计时器，根据纸带研究物体的运动情况。2、根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度。3、能够根据纸带粗略测量物体的瞬时速度。4、认识-t图像，能够根据-t图像判断物体的运动情况【实验器材】电磁打点计时器（或电火花计时器）；纸带；刻度尺，长度在30cm以上，最好使用透明塑料尺；学生电源，使用46伏交流电压档；导线等。附：1.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，构造如图所示。（2）电磁打点计时器使用使用 电源，工作电压 V，当电源频率是50HZ时，打点周期是 秒。（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下一系列的点。(4)当电源频率是50Hz时，它每隔 s打一个点。2.电火花计时器（1）基本原理：如图所示，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过放电针、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）电火花打点计时器使用220V的交流电源。当电源频率是50Hz时，每隔 S打一次点。（3）电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。【实验原理】运动的物体带着纸带通过打点计时器后在纸带上将打出许多点，通过纸带可以测出 和 ，从而可根据公式求出物体在各段的平均速度；一般来说我们不能直接测量物体的瞬时速度。但根据上一节的学习我们知道，物体的平均速度是某段时间内物体发生的位移与发生这段位移所用时间的比值，即,若趋于零时，可以认为此时物体的平均速度等于物体的瞬时速度，因此，可以通过测量物体在较短时间内的位移来粗测瞬时速度。【实验步骤】1、了解打点计时器的构造，然后把它固定在桌子上。2、按照说明把纸带装好。3、启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。4、取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出n个点，点子间的间隔数则为（n-1），由=0.02（n-1）,计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间。5、用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离。6、把测量的结果填入自己事先设计的表格中。课堂探究【数据记录及数据分析】（1） 测量瞬时速度思想方法：用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内的某点的瞬时速度。所取的时间间隔越接近该点，这种描述方法越准确.如图所示，根据位移和时间，算出纸带在这两点间的平均速度，用这个平均速度粗略代表纸带经过E点时的瞬时速度。如果把包含E点在内的间隔取得小一些，如图，测量出包括E点在内的D、F两点间的位移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点时的瞬时速度，就会更准确。可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度.然而D、F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点.（2）测量手拉纸带的速度为了描述速度变化的情况，请根据纸带上的点，每隔0.1s测一次速度，先在纸带上用数字0，1，2，5标出这些“计数点”，然后仿照上述办法，测量包含这个点的一段位移，记录在表1中，同时记录对应的时间。表1 手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度位置012345/m/sv/(m/s)上表中算出的v是0，1，2，5各点附近的平均速度，把它当做计时器打下这些点的瞬时速度，抄入表2，点O作为计时的开始，t=0。表2 手拉纸带在几个时刻的瞬时速度位置012345/sv/(m/s)通过表2可以看出手拉纸带运动速度的变化情况。（3） 用图像表示速度以速度v为纵轴，以时间t为横轴。在方格纸上建立直角坐标系，把测出的纸带上各点的速度在坐标系中描出，并用一条平滑的曲线把这些点连起来，曲线反映的规律应该与纸带运动的实际情况较为接近。下图是根据某同学的实测数据所得到的v-t图像。实验结论在实验误差允许的范围内，用某段时间内的平均速度可以粗略代表这段时间内的某点的瞬时速度。所取的时间间隔越接近该点，这种描述方法越准确。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、打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度，使之增大一点。3、使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。4、释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。5、使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两条纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。小试锋芒例1：如图所示为一条纸带打上点后的情况，已知A、B、C、D 4个点中A点最先打出，D点最晚打出，由下图可知，AB阶段纸带做运动，BC阶很接近运动，CD阶段纸带做运动，AB、BC、CD阶段的平均速度大小依次为m/s、m/s、和m/s18cm40cm42cmABCD例2：一起重机在竖起向上重物时的速度变化如下表所示： t/s00.511.5234v/m.s-100.250.50.7511.21.4t/s5678910v/m.s-11.61.61.61.60.80请画出重物运动的速度图象，并简述它的运动情况。t/s1023410567890.51.01.52.0达标检测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2.运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列小点，打点计时器打下的点直接记录了（ ）A.物体运动的时间 B.物体在一些时刻的位置C.物体在不同时刻的速度 D.物体在一些时间内的位移3.用打点计时器研究纸带的运动规律时，在拉动纸带和合上电源开关两个操作中，应当先进行的操作是（ ）A、先拉动纸带 B、先合上开关C、拉动纸带和合上开关同时进行 D、先进行哪个操作都可以4手拖动纸带经过打点计时器后，在纸带上留