4. 实验打点计时器测速度

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3.计算瞬时速度:根据公式v=,各点对应的瞬时速度分别为v1=
、
v2=
、v3=
、v4=
……
4.分析纸带的运动:将上述数据填入下表,根据数据分析纸带的运动特点,判断其是
否做匀速运动.
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5.描绘v-t图像: (1)速度—时间(v-t)图像:横轴表示__时__间__t____,纵轴 表示__速__度__v____,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1-4-2所示的v-t图像. (2)v-t图像的意义:v-t图像非常直观地反映了运动物体的__速__度_____随___时__间____ 变化的情况,匀速直线运动的v-t图像是与时间轴__平__行_____的直线. 注意:速度—时间图像并不是物体运动的轨迹.
匀地被利用．墨粉纸盘夹在纸带之
(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地 间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转
套在________上，还要检查________是否夹在纸带之间．动．
备用习题
4.某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图 1-4-4 所示，每两点之间 还有四个点没有画出来，图中上面的数字为相邻两点间的距离，打点计时器的电源频 率为 50 Hz. (1)相邻两个计数点间的时间为________s. (2)打第 4 个计数点时纸带的速度 v4＝________m/s.(保留三位有效数字)
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【实验器材】 打点计时器(电磁打点计时器或电火花计时器)、纸带、_毫__米__刻_度__尺___、导线、 复写纸片(墨粉纸)、__交__流____电源(电磁打点计时器：频率50 Hz，电压6 V以 下；电火花计时器：频率50 Hz，电．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(用电火花计时器时让两条纸带夹住墨 粉纸盘)． 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(电火花计时 器接220 V交流电源)． 3．接通__电__源____，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．关闭__电__源____，取下纸带．
源
错误．使用打点计时器时应先接通电源，
B．在测量物体速度时，先让物体运动，后接通 后让物体运动，B 错误．打点的时间间隔
打点计时器的电源 C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越 小
T＝1f ，f 是电源频率，与电源的电压高低 无关，C 正确，D 错误．
D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小
备用习题
重点难点
【重点】 (1)学会使用打点计时器． (2)能根据纸带计算物体运动的瞬时速度． (3)会用描点法描绘物体的速度—时间图像，并从中获取信息． 【难点】 处理纸带的方法，用描点法画图像的能力．
教学建议
物理学是一门以实验为基础的自然科学．本节课为实验课，目的是让学生自主 探究学习打点计时器的使用方法，测定物体牵引纸带的速度，并尝试用图像的 方法来表示速度随时间变化的关系．根据瞬时速度是在无限短时间内的平均速 度的思想，让学生用求平均速度的方法，粗略表示物体运动的瞬时速度．教材 这样处理更进一步加深了上节课对平均速度和瞬时速度概念的理解．当然这种 用平均速度代替瞬时速度的方法，在匀变速直线运动中有它的准确性．整节遵 循仪器介绍—— 操作使用——数据处理——描点作图——图像分析的流程，环 环相扣，注意给学生清晰的条理性．
三维目标
(2)通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来．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． (3)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． (4)体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑． (5)经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试运用科学探究的方法研究物 体运动．
自我检测
1. (实验仪器的使用)(多选)关于电磁打点计时 器和电火花计时器,下列说法中正确的是 ( )
[答案] AB [解析] 电磁打点计时器使用 6 V 以下的
A.电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电 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
图141 2．测位移：用__毫__米_刻__度__尺___测量各计数点间的位移．
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[想一想] 测量各计数点间的位移时,逐个测量较好,还是一次测出各计数点到起始计数点 0的距离,再计算各计数点间的距离较好?
[答案] 分段测量时误差较大，减小分段测量计数点间的位移 x 带来误差的方法是一次性 测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点 0 的距离，再分别计算出各计数点间的距 离．
三维目标
【情感、态度与价值观】 (1)感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用， 增强将物理知识应用于生活实际的意识． (2)经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙． (3)体验用图像的方法描述物理现象的乐趣．培养学生用数学方法处理物理问题的 意识．培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神． (4)培养学生合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作 中既坚持原则又尊重他人的习惯．
的平均速度看成经过光电门位置的 瞬时速度，即 v＝dt ＝0.10 m/s，则 A
C．5.0 m/s
正确．
D．0.50 m/s
图 1-4-3
备用习题
3.使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中： [答案] (1)ABDEC (2)纸盘轴 墨粉
(1)在下列基本步骤中，正确的排列顺序为________． 纸盘
A．把电火花计时器固定在桌子上
[解析] 电火花计时器的特点是：打点
B．安放纸带 C．松开纸带让物体带着纸带运动 D．接通 220 V 交流电源
是靠放电针和墨粉纸盘之间火花放 电来实现的，故其操作步骤和电磁打 点计时器是相仿的，墨粉纸盘应套在 纸盘轴上，目的是使它可以转动，均
E．按下脉冲输出开关，进行打点
交流电,电火花计时器使用 220 V 的交流 电,选项 A 正确;两种打点计时器的打点频 率都由交流电源的频率决定,选项 B 正确; 电火花计时器在纸带上打点是靠放电针 和墨粉纸盘,电磁打点计时器在纸带上打
D.电磁打点计时器在纸带上打点是靠放电针和墨 点是靠振针和复写纸,选项 C、D 错误.
粉纸盘
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图 1-4-4
备用习题
[答案] (1)0.1 (2)1.20 [解析] (1)每两个计数点间有 5 个打点间隔，所以 T＝5×0.02 s＝0.1 s. (2)打第 4 个计数点时的瞬时速度近似等于 3、5 两点间的平均速度，所以 v4＝ 0.110＋0.129
2×0.1 m/s≈1.20 m/s.
2. (实验仪器的使用)打点计时器是一种使用
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[想一想] 使用打点计时器时，通电和拉纸带的顺序应是什么？手拉纸带的速 度应快些还是慢些？
[答案] (1)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动 纸带．(2)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集．
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【数据处理】 1．取计数点：取纸带上某个点为起始点(标记为点0)，每5个点取一个计数点， 分别标记为1、2、3、4、5……如图141所示(计数点间其他点没画出)，0到1、1 到2、2到3……之间的距离标记为x1、x2、x3……则相邻计数点对应的运动时间 T＝____0_.1_0_s_．
新课导入
学生：原因出在用手打点时的时间间隔不能严格相等，要是有一台打点时间间隔 严格相等的仪器问题就可以解决了.
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【实验目的】 1．了解电磁打点计时器和电火花计时器的结构和工作原理，并学会安装和使 用． 2．理解根据纸带测量速度的原理，会利用打点纸带计算瞬时速度． 3．能运用实验数据描绘vt图像，理解速度—时间图像的意义，并会分析速度 变化特点．
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[想一想] 图像法处理数据是物理实验常用的数据处理方法,你认为运用图像法处理数据 有哪些优点?
[答案] 图像法处理数据可以直观地得到物理规律，可以减小偶然误差，甚至作图过程中 就可以直接剔除错误数据，还能够方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据 等.
备用习题
1. 关于打点计时器的使用说法正确的是( ) [答案] C A．电磁打点计时器使用的是 6 V 以下的直流电 [解析] 电磁打点计时器使用交流电源，A
2.用如图 1-4-3 所示的计时装置可以近似测出气垫导 [答案] A 轨上滑块的瞬时速度．已知固定在滑块上的遮光条 [解析] 遮光条经过光电门的遮光时
的宽度为 5.0 mm，遮光条经过光电门的遮光时间为 间极短，可以把遮光条经过光电门
0.050 s．则滑块经过光电门位置时的速度大小为( ) A．0.10 m/s B．1.00 m/s
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【实验原理】 1．打点计时器的原理及使用
6
交流
220
交流
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振动 0.02
位置 位移
电火花 0.02
2.瞬时速度的测量：打点纸带上的点记录了物体在不同时刻的位置，用
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_毫__米__刻__度___尺__测出两个计数点间的位移Δx，所用时间Δt＝n×0.02 s(n为两计数 点之间的时间间隔数)，当Δt很短时，可以认为两计数点中间时刻(对应中间计 数点)的瞬时速度v＝________．
4. 实验：用打点计时器测速度
三维目标
【知识与技能】 (1)了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理． (2)会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度，理解用平均速度表示瞬时速 度所采用的思想方法，会用这种方法计算瞬时速度． (3)能运动实验数据描绘vt图象，并会根据画出的图象描绘物体运动速度的变化 特点． 【过程与方法】 (1)通过学生自己看打点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力．
新课导入
思考1：彩笔打出的点能不能准确记录纸带的位置？ 思考2：在打点时间间隔大致相同的情况下，纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔 有无影响？ 学生讨论：…… 师总结：彩笔打出的点可以记录纸带的位置．但在打点时间间隔大致相同的情况 下，纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有影响(拉的越慢纸带上点越密，反之就 会越稀疏)．考虑到用手打点的时间间隔不能准确相等，所以无法准确测定物体 的运动速度．原因在哪？
[想一想] 使用电磁打点计时器时，发现打出的点较轻或是短线，应如何调整？
[答案] 打点计时器打出的点较轻时，可能的原因有：①电源电压过低，振针的振幅太小； ②振针与纸带间的距离过大；③复写纸片用得太久．因此调整的方法分别有：①适当增 大电源电压；②适当减小振针与纸带间距；③换用新复写纸片．出现短线时，可能的原 因有：①电源电压过高；②振针与纸带间的距离过小．因此调整的方法分别有：①适当 减小电源电压；②增大振针与纸带间距．
新课导入
的时间和位移,但当物体运动速度太快时，采用这种方法的测量误差较大．打点 计时器就是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以通过测量位移 和时间来计算物体运动的速度以及速度的变化快慢. 【导入二】 宇宙中这么多运动的物体，如何确定它们的速度呢？我们先以直线运动为 例．当物体沿直线运动时，其位移在不断变化，要研究物体的运动，我们首先 要准确记录物体的运动信息．怎样记录呢？ 请同桌的两位同学合作用彩笔和纸带模拟打点计时器．
新课导入
【导入一】 测定物体的速度并不是一件很容易的事情，特别是当物体的运动速度在不停变 化时，测定某时刻的速度更是比较困难的，如上下飞舞的蝴蝶，要确定它某一 时刻的速度是很困难的．我们现在只研究直线运动的速度的测量问题． 当物体沿直线运动时，其位移在不断变化，要研究物体的运动，我们首先要准 确记录物体运动的信息．直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的，我 们在测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过计算或作图来判 断物体的运动情况．在实验中，我们可以使用秒表和尺子，直接测量物体运动