高中物理 实验用打点计时器测速度 新人教版必修

高中物理实验用打点计时器测速度课件新人教版必修第1页，共63页，2023年，2月20日，星期四第4节实验：用打点计时器测速度同步导学方案课后强化演练第2页，共63页，2023年，2月20日，星期四第3页，共63页，2023年，2月20日，星期四一、误差的分类与比较1．根据误差来源的不同，误差可分为系统误差和偶然误差．(1)偶然误差：偶然误差是由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的．例如读仪表时，眼睛可能一次偏右、一次偏左，电表指针转动时的摩擦可能一次偏大、一次偏小．第4页，共63页，2023年，2月20日，星期四偶然误差的特点：实验结果有时偏大，有时偏小；重复实验时，偏大、偏小的机会接近．减小偶然误差的方法是取多次实验的平均值作为实验结果．(2)系统误差：由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的．其来源为：a．实验仪器本身的误差；b．实验原理不够完备；c．实验方法粗略．第5页，共63页，2023年，2月20日，星期四系统误差的特点：实验结果总是具有相同的倾向性，即总是偏大或偏小．减小系统误差的方法是完善实验原理，提高实验仪器的测量精度，设计更精巧的实验方法．第6页，共63页，2023年，2月20日，星期四2．从分析数据看，误差分为绝对误差和相对误差(1)绝对误差：绝对误差是测量值与被测物理量真实值之差(绝对值)．如用毫米刻度尺测量一段铜线的直径，读数为1.2mm，其中0.2mm是估读数，可以认为误差是0.2mm.提高测量仪器的精度是减小绝对误差的主要方法．第7页，共63页，2023年，2月20日，星期四第8页，共63页，2023年，2月20日，星期四二、有效数字的读数规则在测量中，要按照有效数字的规则来读数，测量仪器的读数规则是：测量误差出现在哪一位，读数就应读到哪一位．一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置．1．最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读，如最小刻度是1mm的刻度尺，测量误差出现在毫米的十分位上，应估读到十分之几毫米．2．游标卡尺、秒表不需要估读．第9页，共63页，2023年，2月20日，星期四第10页，共63页，2023年，2月20日，星期四2．打点计时器的原理及使用(1)电磁打点计时器〈一〉构造电磁打点计时器是一种可以记录物体运动的时间和位移的仪器．它使用交流电源，工作电压在6V以下．当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一个点．构造如下图所示．第11页，共63页，2023年，2月20日，星期四①接线柱；②线圈；③永久磁铁；④振片；⑤振针；⑥限位孔；⑦复写纸；⑧纸带．第12页，共63页，2023年，2月20日，星期四〈二〉原理：如下图所示，给电磁打点计时器通6V以下的交流电时，振片在线圈和永久磁铁的作用下振动起来，带动振片前端的振针上下振动，振针通过复写纸在纸带上留下一系列小点．交流电变化一个周期，纸带上打出一个点，当交流电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s.第13页，共63页，2023年，2月20日，星期四电磁打点计时器必须使用交流电源，如图甲、乙所示，当线圈通相反的电流时，线圈产生的磁场的方向相反，永久磁场的方向不变，才可能导致振片所受的作用力方向发生变化，振片上下振动．第14页，共63页，2023年，2月20日，星期四〈三〉使用a．用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面．通电后振片带动振针打点．若纸带运动，其上就会留下一行小点．b．如由物体带动纸带运动，物体的位移大小就对应为纸带上相应点间的距离，运动时间可由该距离上点迹的数目计算．第15页，共63页，2023年，2月20日，星期四(2)电火花计时器〈一〉构造电火花计时器在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉．其构造如下图所示．①负脉冲输入插座(黑色)；②正脉冲输入插座(红色)；③墨粉纸盘；④纸带．第16页，共63页，2023年，2月20日，星期四〈二〉使用a．使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔．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．b．这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小．第17页，共63页，2023年，2月20日，星期四两种计时器的比较电磁打点计时器电火花计时器电源性质6V以下交流电源220V交流电源打点频率打点时间间隔0.02s，频率50Hz打点时间间隔0.02s，频率50Hz打点方式振针通过复写纸在纸带上打点火花放电使墨粉在纸带上打点阻力来源纸带与限位孔的摩擦，振针与纸带打点接触时的摩擦纸带与限位孔的摩擦第18页，共63页，2023年，2月20日，星期四有的同学误认为打点计时器是测量长度的仪器．辨析：当电源的频率是50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一次点，所以根据纸带上的点数，我们就能确定某段过程所对应的时间．物体带动纸带运动时，打点计时器虽然可以记录下物体在一定时间间隔内的位移，但没有刻度尺的测量，我们就无法知道位移的大小．所以说打点计时器是计时仪器，不是测量长度的仪器．第19页，共63页，2023年，2月20日，星期四3．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(电火花计时器使用220V交流电源)．4．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．第20页，共63页，2023年，2月20日，星期四(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．(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，向后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02s.第21页，共63页，2023年，2月20日，星期四第22页，共63页，2023年，2月20日，星期四误认为包含某点在内的某段位移的平均速度一定等于该点的平均速度．辨析：平均速度只能表示一段位移(或一段时间)的平均运动快慢，不能表示某时刻的运动快慢，但可以肯定的是所取包含某点在内的位移越小，时间越短，平均速度描述的运动快慢越接近于物体在某位置(或某时刻)的运动快慢．这种处理问题的方法体现了抓住主要因素，忽略次要因素的思想方法，是物理学常用的方法之一．第23页，共63页，2023年，2月20日，星期四第24页，共63页，2023年，2月20日，星期四6.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Δx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依次测量完成，即依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．第25页，共63页，2023年，2月20日，星期四(3)计数点间的时间Δt搞错．计数点间涉及到n个打印点，计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02s.(4)作v­t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差．第26页，共63页，2023年，2月20日，星期四7．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．第27页，共63页，2023年，2月20日，星期四(5)使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，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，正确的做法是依次测量完成(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．第28页，共63页，2023年，2月20日，星期四四、用v­t图象表示速度的变化规律1．坐标的建立和图象的得出(1)以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，依据实验数据设定合适的刻度，并注明单位．(2)根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点．第29页，共63页，2023年，2月20日，星期四(3)用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点，得出v­t图象，如下图所示．第30页，共63页，2023年，2月20日，星期四

“拟合”：实验数据描出的点是不连续的，但物体在各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，观察描出的点的速度的分布特点，然后用平滑的曲线表示出速度随时间变化的特点，这一过程即为“拟合”．第31页，共63页，2023年，2月20日，星期四2．图象的物理意义反映做直线运动物体的速度随时间变化的规律．3．图象的应用(1)从图象上能看出每一时刻对应的瞬时速度．(2)从图象上能判断速度的变化特点．第32页，共63页，2023年，2月20日，星期四4．图线所对应的运动特点(1)若图线平行于t轴表示物体做匀速运动，如图所示中的1、2图线；若不平行t轴表示物体做变速运动，如3、4、5图线．第33页，共63页，2023年，2月20日，星期四(2)截距：纵轴截距表示初始时刻物体的瞬时速度；横轴截距表示物体速度为零的时刻．(3)图象交点：表示两物体的瞬时速度v相同．(4)瞬时速度为正，说明物体沿正向运动，如1、4、5图线；瞬时速度为负，说明物体沿负向运动，如2、3图线．第34页，共63页，2023年，2月20日，星期四

对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是(

)A．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电B．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C．电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D．电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉题型1打点计时器的原理及应用

例1第35页，共63页，2023年，2月20日，星期四【分析】

了解电磁打点计时器和电火花计时器的工作条件和工作原理是分析本题的关键．【解析】

可通过以下表格逐项进行分析

选项过程透析结论A电磁打点计时器使用6V以下的交流电，电火花计时器使用220V的交流电√B两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定√第36页，共63页，2023年，2月20日，星期四【答案】

AB选项过程透析结论C电火花计时器在纸带上打点靠电火花和墨粉×D电磁打点计时器在纸带上打点靠振针和复写纸×第37页，共63页，2023年，2月20日，星期四【方法总结】电磁打点计时器易出现故障的原因分析及调节方法：现象原因调节方法打点不清晰1.振针过高2．电压太低3．复写纸用得太久1.把振针适当调低2．调高电压3．换新的复写纸打的不是点，是短线1.振针过低2．所加电压太高，使振幅过大1.把振针适当调高一些2．适当调低电压打双点振针松动把振针固定第38页，共63页，2023年，2月20日，星期四

某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图所示，请你判断一下这可能是因为(

)A．打点计时器错接在直流电源上B．电源的电压不稳C．电源的频率不稳D．振针压得过紧变式训练1-1第39页，共63页，2023年，2月20日，星期四解析：正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸上才能留下点．当振针与复写纸的距离过小时，振针可能打不到复写纸，这时会出现有时有点，有时无点．如果振针与复写纸的距离过小，振针就会有较长的时间与复写纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段．答案：D第40页，共63页，2023年，2月20日，星期四

如图所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6…，现在量得0、1间的距离x1＝5.18cm,1、2间的距离x2＝4.40cm,2、3间的距离x3＝3.62cm,3、4间的距离x4＝2.78cm,4、5间的距离x5＝2.00cm,5、6间的距离x6＝1.22cm(f＝50Hz)．题型2纸带的测量分析和计算

例2第41页，共63页，2023年，2月20日，星期四(1)根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中.(2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度—时间图象，并说明小车速度变化特点．位置12345v/m·s－1第42页，共63页，2023年，2月20日，星期四【分析】

求某点的速度时，我们用相邻两点间的平均速度代替．第43页，共63页，2023年，2月20日，星期四第44页，共63页，2023年，2月20日，星期四(2)描点并连线得小车的速度—时间图象由图象可见，小车速度均匀减小．【答案】

见解析第45页，共63页，2023年，2月20日，星期四【方法总结】(1)求出对应于不同时刻的瞬时速度，然后以运动方向为正方向建立坐标系，描点并用平滑曲线拟合就得到了描述物体运动的v­t图象．(2)对所给出的v­t图象，v的正、负表示速度的方向，v的绝对值表示物体运动的快慢，即速率．第46页，共63页，2023年，2月20日，星期四

某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动，实验步骤如下：变式训练2-1第47页，共63页，2023年，2月20日，星期四a．安装好实验器材：b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图中0、1、2、…、6点所示；第48页，共63页，2023年，2月20日，星期四第49页，共63页，2023年，2月20日，星期四结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的还有________和________．(填选项代号)A．电压合适的50Hz的交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．停表E．天平F．重锤第50页，共63页，2023年，2月20日，星期四(2)将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图所示，则x2＝________cm，x5＝________cm.第51页，共63页，2023年，2月20日，星期四解析：为了保证打点计时器能正常工作，必须选用合适的电源，处理纸带时一般需要毫米刻度尺；刻度尺计数时，由于精确度是0.1cm，所以需要估读到下一位，即0.01cm.答案：(1)A

C

(2)3.00(2.97～3.01均可)

13.20(13.19～13.21均可)第52页，共63页，2023年，2月20日，星期四

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题型3利用纸带分析物体的运动情况

例3第53页，共63页，2023年，2月20日，星期四【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．【答案】

ABD第54页，共63页，2023年，2月20日，星期四【方法总结】利用纸带判断物体运动情况的方法：(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．第55页，共63页，2023年，2月20日，星期四

如下图所示，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(

)解析：根据纸带上点迹的疏密是否均匀来判断．答案：B变式训练3-1第56页，共63页，2023年，2月20日，星期四

下图是甲、乙两个物体运动的v­t图象，至少从以下三个方面分别说明它们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)速度的大小是否变化？是加速还是减速？(3)运动的方向是否变化？题型4用v­t图象描述物体运动

例4第57页，共63页，2023年，2月20日，星期四【解析】

(1)v­t图线与v轴的交点坐标值表示初速度，可知甲物体