高一物理必修1試驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度3

1、高一物理必修1實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度3理解領(lǐng)悟本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是,通過教科書和閱讀“說明卡”觀察儀器。掌握使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上 打點(diǎn)記錄時(shí)間和位移的技能，并運(yùn)用這一技能測(cè)定平均速度， 畫出圖象，了解用圖象研究物理 問題的方法?；A(chǔ)級(jí)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有什么用途？把紙帶跟運(yùn)動(dòng)的物體連在一起，即由物體帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，紙帶上各點(diǎn)之間的距離就表示相應(yīng)時(shí)間間隔中物體的位移。因此，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種記錄物體在一定時(shí)間間隔內(nèi)位移的儀器。 2.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中常用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分為兩種一一電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中有一個(gè)線圈，振片就插在其中

2、（參閱教材圖 1.41）。當(dāng)線圈接上交流 電源時(shí)，振片就被反復(fù)磁化，一會(huì)兒相當(dāng)于磁鐵的N極，一會(huì)兒又相對(duì) 當(dāng)于磁鐵的S極。這樣，在永久磁鐵（極性不變）的作用下，振片便振動(dòng)起來，帶動(dòng)其上的振針上下振動(dòng)而打點(diǎn)。電火花計(jì)時(shí)器則是通過發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負(fù)極的紙盤軸， 產(chǎn)生火花放電（參閱教材圖1.4 2）,電火花將墨粉盤上的墨粉蒸發(fā)到紙盤上，從而打出一系列的點(diǎn)。.如何安裝紙帶？使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)，安裝紙帶的方法是：將紙帶穿過限位框， 從復(fù)寫紙下穿過壓紙框，再次另一側(cè)限位孔穿出即可。使用電火花計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)，安裝紙帶的方法有兩種： 一種是用一條紙帶從墨粉盤下穿過，

3、打點(diǎn)時(shí)墨粉盤不隨紙帶轉(zhuǎn)動(dòng)，電火花只將墨粉盤上某一位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，打出的點(diǎn)跡顏色較淡，打過一條紙帶后要將墨粉盤轉(zhuǎn)一角度再打另一條紙帶。另一種是用兩條紙帶，將墨粉盤夾在中間，拖動(dòng)紙帶時(shí)由于兩條紙帶的摩擦作用，墨粉盤會(huì)隨紙帶轉(zhuǎn)動(dòng)，電火花將墨粉盤上不同位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，所以打出的點(diǎn)跡顏色較重。 墨粉盤上面的一條紙帶沒有點(diǎn)跡，可重復(fù)使用。用一條紙帶打點(diǎn)時(shí)，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力較小，用兩條紙帶 打點(diǎn)時(shí)摩擦阻力較大。.如何在紙帶上打點(diǎn)？電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接 4V6V的交流電源，開啟電源讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作（從交流4V開始,觀察振片振動(dòng)情況， 若振片振幅過小，再升高電壓至6V）,待1s2s讓

4、振片振動(dòng)穩(wěn)定后再拖動(dòng) 紙帶打出點(diǎn)來。電火花計(jì)時(shí)器可直接連接 220V的交流電源，按下脈沖輸出開關(guān)，即可在紙帶上打點(diǎn)。不管是哪一種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,當(dāng)電源頻率是50Hz時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔都是 0.02s。因打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是按間歇工作設(shè)計(jì)的，打完點(diǎn)后應(yīng)立即關(guān)閉電源，以避免儀器過熱而損壞。.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量平均速度為了測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打出某兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔中紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度，可以用毫米刻度尺量出這兩點(diǎn)間的距離 x （注意測(cè)量值應(yīng)估讀到 0.1mm）,數(shù)出這兩點(diǎn)間點(diǎn)跡的間隔數(shù)n,則x打這兩點(diǎn)的時(shí)間間隔 t=0.02ns （如有5個(gè)點(diǎn)跡間隔時(shí)， t=0.1s）,即可由v= 算出平均速 t度。.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬

5、時(shí)速度為了測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打出某個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，可以測(cè)量包括該點(diǎn)在內(nèi)的兩點(diǎn)間的平均速度，用來代替瞬時(shí)速度。這兩點(diǎn)離該點(diǎn)越近，平均速度越接近該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。然 而，兩點(diǎn)距離過小則測(cè)量誤差增大，須根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)。.如何描繪速度一時(shí)間圖象？以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸，在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)每隔0.1s測(cè)得的速度值在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線將這些點(diǎn)連接起來，就得到了描述紙帶運(yùn)動(dòng)的速度一時(shí)間圖象（vt圖象），簡(jiǎn)稱速度圖象。運(yùn)用圖象可以更直觀地反映變化的規(guī)律。.對(duì)“說一說”問題的討論本節(jié)教材“說一說”欄目提出了百米賽跑的v-t圖象問題。百米賽跑時(shí)運(yùn)動(dòng)員的速度是有變化的，

6、運(yùn)動(dòng)員從靜止開始，速度很快增大，沖刺階段的速度達(dá)到最大。沒有受過訓(xùn)練的同 學(xué)跑百米，他在起始階段速度增大的過程要長(zhǎng)些，最大速度也比不過運(yùn)動(dòng)員，到終點(diǎn)時(shí)速度還可能有下降趨勢(shì)，v-1圖象的形狀是不同的。發(fā)展級(jí).在紙帶上打不出點(diǎn)怎么辦？在紙帶上打不出點(diǎn)或點(diǎn)跡顏色過淡情況下，糾正的對(duì)策大致有三種：電源電壓較低（4V）時(shí)，可適當(dāng)調(diào)高；調(diào)整復(fù)寫紙位置，或更換復(fù)寫紙；調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。.如何調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器？如打不出點(diǎn)時(shí)，首先要檢查壓紙框的位置是否升高，而阻礙了振片，振針打不到紙帶上?？蓪杭埧蛳蛳聣夯謴?fù)其原來位置。這種情況一般是由于操作不當(dāng)引起的。檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是否工作正常的方法是，將計(jì)時(shí)器接在4V6V交流電

7、源上，將紙帶穿過計(jì)時(shí)器，開啟電源后觀察振針是否在紙帶上打出印記。若沒有打出印記，可能有兩種情況：（1）說明振片沒有工作在共振狀態(tài)下?？蓴Q松螺釘，適當(dāng)調(diào)整振片位置，緊固后觀察振 幅，若達(dá)到或接近共振狀態(tài)即可正常工作。（2）如果振片振動(dòng)較大仍打不出點(diǎn)，可調(diào)整振針的位置，直至打出點(diǎn)為止。若振針向下 調(diào)節(jié)過長(zhǎng)，則振針打點(diǎn)的聲音過大，且易出現(xiàn)短橫線或雙點(diǎn)，調(diào)節(jié)時(shí)要仔細(xì)。.從位移圖象求速度 .x ,在如圖1 22所示的勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移圖象中，比值越大，直線 OP就越陡。所以t圖 122我們把 叫做直線的斜率。比值 是勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度 V。 .:t. :t所以，在勻速直線運(yùn)動(dòng)中，位移圖象的斜率等于運(yùn)動(dòng)的

8、速度。在同一個(gè)坐標(biāo)平面上，斜率越大，即直線越陡，表示速度越大。.對(duì)“做一做”原理的提示本節(jié)教材的“做一做”欄目介紹了兩種運(yùn)動(dòng)傳感器，一種是利用了對(duì)紅外線、超聲波的發(fā)射和接收，另一種則是單純利用了 對(duì)超聲波的發(fā)射和接收，均把物體運(yùn)動(dòng)的位移、時(shí)間轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，顯示物體運(yùn)動(dòng)的速度，甚至自動(dòng)繪出運(yùn)動(dòng)的vt圖象。認(rèn)真讀一下教材圖1.4-7和1.4-9,對(duì)于了解這兩種傳感器測(cè)速度的原理很有必要，有條件的話請(qǐng)動(dòng)手測(cè)一測(cè)。1.氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器氣墊導(dǎo)軌（參閱教材圖1.4-10）通過從小孔噴出的氣體，在滑塊與導(dǎo)軌間形成氣墊，大大減 小了滑塊運(yùn)動(dòng)的阻力，可提高實(shí)驗(yàn)的精確度。數(shù)字計(jì)時(shí)器通過光源、

9、 感光器和滑塊上所裝遮光條的相互配合（參閱教材圖1.4-11）,讓電子電路自動(dòng)記錄遮光時(shí)間，通過數(shù)碼屏顯示出來。根據(jù)遮光條的寬度和遮光時(shí)間，可以算出滑塊經(jīng)過時(shí)的速度。嚴(yán)格地講，這樣測(cè)得的速度是滑塊經(jīng)過時(shí)的平均速度，但由于滑塊經(jīng)過時(shí)間很短，可以將這一平均速度代表滑塊到達(dá)光束處的瞬時(shí)速度。應(yīng)用鏈接本節(jié)課的應(yīng)用主要涉及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用和平均速度、瞬時(shí)速度的測(cè)定?；A(chǔ)級(jí)例1當(dāng)紙帶與運(yùn)動(dòng)物體連接時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)跡。下列關(guān)于紙帶上點(diǎn)跡的 說法中正確的是（）A.點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B.點(diǎn)跡記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移C.紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀D.紙帶上點(diǎn)跡

10、的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況提示 從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用途出發(fā)對(duì)選項(xiàng)進(jìn)行篩選。解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔一定的時(shí)間（當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為 0.02s）打 下一個(gè)點(diǎn)，因而點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，也記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移；點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀。正確選項(xiàng)為A、B、Do點(diǎn)悟 熟悉物理儀器的用途，是做好物理實(shí)驗(yàn)的前提。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并不是測(cè)量長(zhǎng)度的儀器， 不要產(chǎn)生誤解。例2通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的一條打點(diǎn)紙帶上，如果點(diǎn)子的分布不均勻，那么是點(diǎn)子密集 的地方紙帶運(yùn)動(dòng)速度比較大，還是點(diǎn)子稀疏的地方紙帶運(yùn)動(dòng)速度比較大？為什么？提示 根據(jù)平均速度

11、公式v=絲進(jìn)行討論。 :t解析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔t保持不變，點(diǎn)子稀疏的地方 x大，從而紙帶的運(yùn)動(dòng)速度比較大。點(diǎn)悟 對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)的觀察，經(jīng)過認(rèn)真思考和理論分析，得出正確結(jié)論，這是每個(gè)學(xué)生必須具備的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。例3某次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上依次打出A、B、C、D、E、F等一系列的點(diǎn)，測(cè)得距離AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。通過計(jì)算說明在打 A、F 點(diǎn) 的時(shí)間間隔內(nèi)，紙帶是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)。如果是，則求速度；如果不是，則求平均速度。已 知打點(diǎn)時(shí)間間隔為 0.02s。提示 計(jì)算距離 AB、BC、CD、DE、EF是否

12、相等。解析 AB=11.0mm, BC=AC AB= 15.5mm, CD=AD AC=13.5mm, DE=AE AD=8.1mm, EF=AF -AE=14.4mm,各段距離不等，說明在打 A、F點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)，紙帶不是做勻速直線工- AF 62.5 100.02 5運(yùn)動(dòng)。v =m/s=0.625m/s。點(diǎn)悟 物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)的判據(jù)是：在相等的時(shí)間間隔內(nèi)，物體的位移均相等。例4如圖1 23為某次實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，圖中。點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn), A、B、C、D為每隔兩點(diǎn)選定的計(jì)數(shù)點(diǎn)。根據(jù)圖中標(biāo) 出的數(shù)據(jù)，打A、D點(diǎn)時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度有多大？ 打B點(diǎn)時(shí)刻紙帶的瞬時(shí)

13、速度有多大？計(jì)算的依據(jù)是 什么？你能算出打 O、D點(diǎn)時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度 嗎？為什么？提示 根據(jù)平均速速度和瞬時(shí)速度的定義式求解。解析 AD段的平均速度AD 43.25 -15.50VAD = = cm/s=231.25cm/s。tAD 0.02 2 3當(dāng)時(shí)間間隔很短時(shí)，可以用平均速度代替瞬時(shí)速度，故B點(diǎn)的瞬時(shí)速度AC 32.50 -15.50vB = =cm/s=212.50cm/s。tAC 0.02 2 2無法算出OD段的平均速度，因?yàn)椴恢繭、D間有多少個(gè)點(diǎn)，因而不知道 OD段的時(shí)間間隔。點(diǎn)悟 注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)之間的區(qū)別。計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)際打出的點(diǎn)，而計(jì)數(shù)點(diǎn) 則是測(cè)量時(shí)從計(jì)數(shù)點(diǎn)中按

14、一定的標(biāo)準(zhǔn)選出的點(diǎn)。發(fā)展級(jí)例5使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)紙帶上打出的點(diǎn)不清晰，那么可能是什么原因？如何 采取措施？提示可從復(fù)寫紙和打點(diǎn)兩方面尋找原因。解析點(diǎn)跡不清的原因及應(yīng)采取的措施主要有：(1)復(fù)寫紙使用過久，可調(diào)整復(fù)寫紙位置，或更換復(fù)寫紙；(2)電源電壓過低，導(dǎo)致打點(diǎn)太輕，可適當(dāng)提高電源電壓；(3)振針位置偏高，同樣會(huì)導(dǎo)致打點(diǎn)太輕，可適當(dāng)調(diào)低振針。點(diǎn)悟做實(shí)驗(yàn)時(shí)，難免會(huì)遇到儀器發(fā)生故障。要注意培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題、對(duì)癥下藥排除故 障的能力，這也是一種基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＠?圖1-24是兩個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移圖象。哪條直線所表 示的運(yùn)動(dòng)的速度大？ 各是多大？提示 可用位移圖象的斜率表示速度。解析直線比

15、較陡，其斜率大，故直線所表示的運(yùn)動(dòng)的速度 大。以Vi、V2分別表示直線、直線所表示的運(yùn)動(dòng)的速度，則x16x2 6V1 = = m/s=1m/s, v2 =m/s=2m/s。ti6t23除了已知位移可求時(shí)間,已知時(shí)間可求位移外，還點(diǎn)悟根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移圖象,可根據(jù)圖線的斜率求得速度。課本習(xí)題解讀p. 26問題與練習(xí)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器引起的誤差較大，因?yàn)殡姶糯螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)瞬間要阻礙紙帶的運(yùn)動(dòng)。(1)紙帶左端與重物相連，因?yàn)榧垘ё蠖说狞c(diǎn)跡比較密，開始打點(diǎn)時(shí)重物的速度小。A點(diǎn)左右兩臨近點(diǎn)間的距離 xnB.S X10-3m,時(shí)間 t=0.04s, 小 很小，可以認(rèn)為 A3,、 x 13 5 100.04

16、點(diǎn)速度 v = =m/s = 0.34m/s。請(qǐng)進(jìn)一步分析：若用A點(diǎn)和左方鄰近一點(diǎn)的距離作為 X進(jìn)行計(jì)算，或用A點(diǎn)和右方鄰近 一點(diǎn)的距離作為 *進(jìn)行計(jì)算，均有何不妥？(1)甲物體有一定的初速度，乙物體初速度為零。(2)甲物體速度大小不變；乙物體先勻加速、勻速，最后勻減速運(yùn)動(dòng)。(3)甲、乙運(yùn)動(dòng)方向都不改變。本題旨在通過對(duì)速度圖象的認(rèn)識(shí)，定性了解物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.紙帶速度越大，相鄰兩點(diǎn)的距離也越大。紙帶速度與相鄰兩點(diǎn)所表示的時(shí)間無關(guān)。請(qǐng)按本題的敘述，自制模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過手動(dòng)打點(diǎn)，體驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作過程。練習(xí)鞏固（14）基礎(chǔ)級(jí).電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電火花計(jì)時(shí)器使用的電源是交流電還是直流電？它們的

17、工作電壓各為多大？當(dāng)電源頻率為 50Hz時(shí)，紙帶上打出的相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔是多少秒？.A.先接通電源，后釋放紙帶C,釋放紙帶的同時(shí)接通電源.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振針打點(diǎn)的周期決定于（A.交流電壓的高低C.永久磁鐵的磁性強(qiáng)弱.為減小紙帶因受到摩擦而產(chǎn)生的誤差A(yù).改用6V直流電源C.用平整的紙帶，不用皺褶的紙帶.當(dāng)紙帶與運(yùn)動(dòng)物體連接時(shí)，接通電源與讓紙帶隨物體運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)操作的先后次序應(yīng)當(dāng)B.先釋放紙帶，后接通電源D.先釋放紙帶或先接通電源都可以）B.交流電的頻率D.振針與復(fù)寫紙間的距離卜列措施正確的是（）B.電源電壓越低越好D.紙帶理順攤平，不讓它卷曲、歪斜系列點(diǎn)跡。卜列關(guān)于紙帶上點(diǎn)跡的說法中，正確的是（打

18、點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通頻率恒定的電源在紙帶上打出 ）A.點(diǎn)跡越密集，說明物體運(yùn)動(dòng)越快B.點(diǎn)跡越密集，說明物體運(yùn)動(dòng)越慢C.點(diǎn)跡越密集，說明振針打點(diǎn)越快D.點(diǎn)跡越密集，說明振針打點(diǎn)越慢.你左手拿一塊表，右手拿一支筆。當(dāng)你的同伴沿直線拉動(dòng)一條紙帶，使紙帶在你的筆 下向前移動(dòng)時(shí)，你每隔1s用筆在紙帶上打下一個(gè)點(diǎn)，這就組成了一臺(tái)“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”。如果在紙帶上打下10個(gè)點(diǎn)，那么在打第 1個(gè)點(diǎn)到打第10個(gè)點(diǎn)的過程中，紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是（）A. 1sB. 10sC. 9sD.無法確定.某次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的計(jì)時(shí)點(diǎn)，A、B、C、D是依次每隔5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)得距離 AB=32.0mm, AC=125.0mm, AD=278.0mm,。由此可知，打 AB點(diǎn)的 時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度為多大？打 BD點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度為多大？打 B點(diǎn)時(shí)紙帶的 瞬時(shí)速度為多大？（電源頻率為 50Hz）發(fā)展級(jí).如圖125所示為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理圖。當(dāng)交流電電流流向 是從左接線柱進(jìn)入線圈時(shí)（圖 a）,振片被磁化后的極性如何？振針 在永久磁鐵作用下向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？當(dāng)交流電電流流向是從右接線 柱進(jìn)入線圈時(shí)（圖b）,情況又如何？當(dāng)交流電變化一次時(shí)，振針振 動(dòng)幾次？.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可測(cè)紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，實(shí)驗(yàn)使用的是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，下面是沒有按操作順序?qū)懙膶?shí)驗(yàn)步驟。先在各步驟處填上適當(dāng)內(nèi)容，然后按實(shí)驗(yàn)操作的合理順序，