实验_用打点计时器测量物体的速度及加速度

授课类型 打点计时器测速度和加速度

教学目的

1.掌握打点计时器的原理及其使用方法。

2.掌握对纸带上记录的原始数据进行处理的能力。

3.能利用打出的纸带测定某段时间内的平均速度。

4.掌握在极短的时间内物体的瞬时速度近似等于这段时间内的平均速度这一近似方法。并

利用测出的速度,画出v-t 图象,通过图象来分析物体的运动情况.

5.掌握建立图像的一般规律,了解用图像研究物理问题的方法。

6.培养学生养成良好的实验习惯和实验态度;培养学生尊重原始测量数据这一实事求是的

科学态度.

教学内容

考点分析：

(1) 考查重点：利用打点计时器测出物体运动速度，得到v-t 图像，从而分析物体运动情况。

(2) 2016高考考向前瞻：运动图像。考查从图线斜率、面积、正负等判断物体的运动情况，并近而延伸至对受力和功

能关系的综合分析。

一、要点提纲:

打点计时器

1. 仪器介绍

打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s 打一个点（由于电源频率是50Hz ）。

纸带上的点表示了相应运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上所打点的间隔，就可以了解物体运动的情况。

2. 分类

（1）电磁打点计时器

图示是电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号及名称。

当给电磁打点计时器通电后，线圈产生磁场，放在线圈中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动起来．当交变电流的频率是50 Hz 时，电磁打点计时器的振针每0.02 s 打下一个点。

（2）电火花计时器

图示是电火花计时器的构造图．图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称见图。

电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显示出点迹的计时仪器.当电源的频率是50Hz 时,它的

Ⅰ.课堂导入

Ⅱ.同步讲解

脉冲放电周期也是0.02s，即每隔0.02s 打下一个点。

[试一试]

1.打点计时器能使用直流电源吗为什么

答：不能。因为直流电无法改变电流方向，交流电可以使针或者火花塞放电打点

假设交流电源的频率不是50Hz，而是60 Hz，打点计时器还是每隔0.02 s打一个点吗这时它将每隔多长时间打下一个点

答：不是。此时，即每隔打下一个点

3. 使用

（1）．电磁打点计时器的使用

①用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面．通电，振片带动振针打点．若纸带运动，其上就会留下一行小点。（穿孔压复通电打点）

②如由物体带动纸带运动，物体的位移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痕的数目计算。

（2）．电火花计时器的使用

①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。（套轴穿孔通电按脉打点）

②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。

（3）．两种打点计时器异同比较

实验一：用打点计时器测速度

1.根据平均速度定义式,当很小时，可以认为表示t时刻的瞬时速度。

2.下图所示为用打点计时器打出的一条纸带，相邻两点间的时间间隔为T，

则A,B,C三点对应的速度为:

3.纸带的处理

①判断物体的运动规律

②计算变速直线运动中某段的平均速度

纸带在某段时间内的平均速度

[试一试]

下图所示为同一打点计时器打出的4条纸带，其中，平均速度最大的是哪一条（）

解析：选A。由于打点计时器打点的时间间隔相等，在打下相同个数点的过程中，所用的时间相同，而纸带A 的位移最大，所以纸带A的平均速度最大。

③用打点计时器测量瞬时速度

D、F两点离E越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。然而D、F两点过小则测量误差增大。应该根

据实际情况选取这两个点。

1.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用

毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.(保留两位有效数字)

解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02 s．AC间的距离为14 mm＝0.014 m，

AD间的距离为25 mm＝0.025 m.

由公式得：m/s＝0.35 m/s，＝m/s＝0.42 m/s.

B点的瞬时速度更接近于0.35 m/s.

答案：0.35 0.42 0.35

4.用图象表示速度

通过对纸带的计算，我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度，如表1，要想形象的了解纸带的速度变化规律我们还要借助于v-t图象（见下图）。

1.如图是甲、乙两物体运动的速度图象，下列说法正确的是( )

A．物体甲处于静止状态 B．物体乙刚开始时以5 m/s的速度与甲物体同向运动

C．物体乙在最初3 s内的位移是10 D．物体乙在最初3 s内的路程是10 m

解析：选BD 根据图象可知，物体甲速度横为10m/s，所以A错；开始时，甲乙速度皆为正值，B对；最初3s内，乙图象与x轴所谓面积是0，故乙位移为0，但路程为面积每部分的绝对值的和，故乙路程为10m，D对。

实验一：用打点计时器测加速度

1、实验原理

设物体做匀加速直线运动，加速度是a，在各个连续相等的时间T里的位移分别是，则有：

以此类推：

由此还可得到：

同理有?

可见，测出各段位移即可求出?，

再算出的平均值，就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度

2、常用方法

①图像法

求出第n点时纸带的瞬时速度（一般要5点以上），然后作出v-t图像，

用v-t图像的斜率求物体运动的加速度。

根据表格做出v-t图像如下：

②利用“逐差法”求加速度?

由于物体做匀变速运动，所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等，即Δx=可得a=，但利用一个Δx 求得的加速度偶然误差太大，为了减小实验中的偶然误差，分析纸带时，纸带上的各段位移最好都用上，