高一物理 必修一第一章第四節(jié) 用打點計時器測速度 優(yōu)秀課件

第一章運動的描述4、實驗：用打點計時器測速度一`兩種打點計時器電磁打點計時器電火花計時器直流？

交流？1、電磁打點計時器

（1）原理

（2）構(gòu)造

（3）工作電壓：6V以下課時4實驗：用打點計時器測速度

課前導(dǎo)航

1.電磁打點計時器圖4－1所示是電磁打點計時器的構(gòu)造圖，圖中標(biāo)出了幾個主要部件的代號及名稱．

圖4－1

2、電火花計時器（1）構(gòu)造：

（2）原理：脈沖電流經(jīng)放電針、

墨粉紙盤放電（3）工作電壓：220V尖端放電

當(dāng)給電磁打點計時器通電后，線圈產(chǎn)生磁場，放在線圈中的振片被磁化，由于線圈通的是交變電流，電流方向不斷變化，振片就會因反復(fù)地受到向上、向下的吸引而不停地振動起來．當(dāng)交變電流的頻率是50Hz時，電磁打點計時器的振針每0.02s打下一個點．2．電火花計時器圖4－2所示是電火花計時器的構(gòu)造圖．圖中標(biāo)出了幾個主要部件的代號，它們的名稱見圖．

圖4－2

電火花計時器是利用火花放電使墨粉在紙帶上打出墨點而顯示出點跡的計時儀器．當(dāng)電源的頻率是50Hz時，它的脈沖放電周期也是0.02s，即每隔0.02s打下一個點．

請你思考：

1．為什么打點計時器不能使用直流電源？2．假設(shè)交流電源的頻率不是50Hz，而是60Hz，打點計時器還是每隔0.02s打一個點嗎？這時它將每隔多長時間打下一個點？

知識精析

一、計時器的使用

1．電磁打點計時器的使用(1)用限位孔限定紙帶，復(fù)寫紙壓在紙帶的上面．通電，振片帶動振針打點．若紙帶運動，其上就會留下一行小點．(2)如由物體帶動紙帶運動，物體的位移就對應(yīng)為紙帶上相應(yīng)點間的距離，運動時間可由該距離上點痕的數(shù)目計算．2．電火花計時器的使用(1)使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔．當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡．(2)這種計時器工作時，紙帶運動時受到的阻力比較小，實驗誤差也比較?。?/p>

二、用打點計時器測量瞬時速度圖4－3

方法指導(dǎo)

一、紙帶的處理方法

例1打點計時器所用電源的頻率為50Hz，某次實驗中得到的一條紙帶，用毫米刻度尺測量的情況如圖4－5所示，紙帶在A、C間的平均速度為________m/s，在A、D間的平均速度為________m/s，B點的瞬時速度更接近于________m/s.

解析

由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為0.02s，A、C間的距離為14mm＝0.014m，A、D間的距離為25mm＝0.025m.由公式v＝得，vAC＝m/s＝0.35m/svAD＝m/s≈0.42m/s

B點的瞬時速度更接近于0.35m/s.

答案

0.350.420.35

點評

求某點瞬時速度時，我們應(yīng)取此點兩側(cè)靠近此點的兩點間的平均速度，但這兩點并不是靠得越近越好．

二、實驗誤差分析

例2某同學(xué)在用打點計時器做實驗時，得到的紙帶如圖4－6所示，這可能是因為()

圖4－6A．打點計時器錯接在直流電源上B．電源的電壓不穩(wěn)C．電源的頻率不穩(wěn)D．振針壓得過緊

解析

正常情況下，振針應(yīng)該恰好敲打在限位板上，這樣在紙帶上才能留下點．當(dāng)振針與復(fù)寫紙的距離過大時，振針可能打不到復(fù)寫紙，這時會出現(xiàn)有時有點，有時無點．當(dāng)振針與復(fù)寫紙的距離過小時，振針就會有較長的時間與復(fù)寫紙接觸，這樣就會在復(fù)寫紙上留下一段一段的小線段．

答案

D

三、v－t圖象的應(yīng)用

例3圖4－7是甲、乙兩物體運動的速度圖象，下列說法正確的是()A．物體甲處于靜止?fàn)顟B(tài)B．物體乙剛開始時以5m/s的速度與甲物體同向運動C．物體乙在最初3s內(nèi)的位移是10mD．物體乙在最初3s內(nèi)的路程是10m

解析

甲速度圖象是平行于t軸的直線，因此甲做勻速直線運動，選項A錯誤；乙物體在第1s內(nèi)向正方向做速率為5m/s的勻速直線運動，第2s內(nèi)靜止，第3s內(nèi)沿負(fù)方向做速率為5m/s的勻速直線運動，故選項B正確；乙在第1s內(nèi)的位移x1＝v1t1＝5m，在第2s內(nèi)的位移x2＝0，在第3s內(nèi)的位移x3＝v3t3＝－5m，所以物體乙在最初3s內(nèi)的位移x＝x1＋x2＋x3＝0，故選項C錯誤；物體乙在最初3s內(nèi)的路程l＝|x1|＋|x2|＋|x3|＝10m，故選項D正確．

答案

BD打點頻率相同1.打點方式不同電磁打點計時器：利用振動的振針打點電火花計時器：利用火花放電打點2.電源電壓不同電磁打點計時器：6V以下交流電電火花計時器：220V交流電3.振針打點時與紙帶接觸，會對紙帶產(chǎn)生阻礙作用；而火花放電基本不會阻礙紙帶的運動兩種電磁打點計時器的共同點與不同點一同學(xué)在使用打點計時器時，紙帶上點不是圓點而是一些短線，這可能的原因是（）A．接在直流電源上B．電源電壓不穩(wěn)C．電源頻率不穩(wěn)D．打點針壓得過緊解析：A．接在直流電源上不會打點。A錯。B．打點與電壓是否穩(wěn)定無關(guān)，點痕重輕與電壓有關(guān)。B錯。C．頻率不同打的點仍為圓點。故C錯。D．打點針壓得過緊。針和紙接觸時間長，打出一些短線。D正確。答案：D3、打點計時器的作用（1）測時間

(電源頻率50Hz，每隔___秒打一個點)

（2）測位移（3）研究紙帶→研究物體運動1、操作步驟（1）固定計時器（2）穿紙帶（3）啟動電源，拉紙帶，隨后立即關(guān)電源紙帶處理：

1.判斷物體的運動規(guī)律ABCD紙帶的處理——2.測平均速度

△t

＝？△x

＝？疏密與速度的關(guān)系（1）需測量的量：（2）關(guān)系式：

2.計算變速直線運動中某段的平均速度0ABCDEX1X2X3X4X5XⅠXⅡXⅢXⅣXⅤ△t/S△x/m2-40-23-42-31-20-1區(qū)間表1手拉紙帶在幾段時間中的位移和平均速度)/(1-·smv01234

3.計算變速直線運動中某點的瞬時速度0ABCDE3.如何測出E點的瞬時速度？DFDFDF原則：準(zhǔn)確性可行性0123△x0△x1△x2△x3表2手拉紙帶在幾個時刻的瞬時速度位置0123t/sv/s

如圖是研究勻變速直線運動實驗中打點計時器打出的紙帶，每5個打點選一個計數(shù)點，各計數(shù)點對應(yīng)在刻度尺上的示數(shù)已在圖中示出，單位是cm，交流電源50Hz。計數(shù)點間隔時間為T=

，Vc=

，0.10s0.20m/s四、用圖象表示速度

在表格中我們只能粗略得知紙帶在有些間斷的點的速度.要想形象的了解紙帶的速度變化規(guī)律我們還要借助于圖象。t/sv/(m·s-1)0t/sv/(m·s-1)0

v-t圖象：

1.能讀出速度V、時刻t

的對應(yīng)關(guān)系

2.觀察出速度V隨時間t的變化關(guān)系

3.能判斷物體的運動規(guī)律tOVtOV1、圖像特點：直觀2、常用作圖法（1）描點作圖（2）據(jù)函數(shù)關(guān)系式作圖3、作圖步驟（1）建系（2）描點（3）作圖少了什么？1、圖像特點：直觀2、常用作圖法（1）描點作圖（2）據(jù)函數(shù)關(guān)系式作圖3、作圖步驟（1）建系（2）描點（3）作圖4、速度－時間圖像（v-tgraph）手是如何運動的？某同學(xué)在“用打點計時器測速度”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點（如圖1.4-4所示）。其相鄰點間的距離如圖中所示，每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10s。（1）試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，每個0.10s測一次速度，計算出打下B、C、D、E、F五個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下表(要求保留3位有效數(shù)字)(2)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線。VBVCVDVEVF數(shù)值0.4000.4790.5600.6400.721單位：m/st3五、速度I時間圖象0tv

t1v1t2v-t圖象中速度的正負(fù)表示物體的運動方向試分析物體的運動情況練習(xí)0tv

一物體的v-t圖如下所示，則下列說法正確的是A.物體做曲線運動B.物體做直線運動C.物體做往復(fù)運動D.物體一直向一個方向運動1．以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，用描點法在坐標(biāo)系中描出物體在各個時刻的速度，再用平滑的曲線將各點連接起來，就得到一條能反映速度隨時間變化關(guān)系的圖線，叫速度—時間圖象．2．速度—時間圖象反映了物體的速度隨時間變化的規(guī)律．根據(jù)速度—時間圖象可以作出哪些判斷或得出哪些結(jié)論？(1)讀出物體在某時刻的速度或物體的某一速度所對應(yīng)的時刻．在右圖中，0時刻的速度為v0，t時刻的速度為vt.(2)求出物體在某段時間內(nèi)速度的變化量或物體發(fā)生某一速度變化所經(jīng)歷的時間．在圖中，0～t時間內(nèi)速度的變化量為Δv＝vt－v0.(3)判斷運動方向．根據(jù)速度的正、負(fù)判斷運動方向，速度為正，表示物體沿正方向運動；速度為負(fù)，表示物體沿負(fù)方向運動，在下圖中，0～t3時間內(nèi)物體沿正方向運動，t4～t6時間內(nèi)，物體沿負(fù)方向運動．(4)比較物體速度變化的快慢．在v－t圖象中，直線的傾斜程度(斜率)反映了物體速度改變的快慢，傾斜程度越大，表示速度改變得越快，傾斜程度越小，表示物體的速度改變得越慢，直線不傾斜(平行于時間軸)，表示物體的速度不變．在應(yīng)用v－t圖象時，要注意避免下列幾種常見的錯誤：

①把v－t圖象和x－t圖象混淆不清．例如：把v－t圖象中兩條直線的交點誤認(rèn)為相遇，在v－t圖象中根據(jù)直線向上傾斜、向下傾斜判斷運動方向等等．②把v－t圖象誤認(rèn)為是質(zhì)點的運動軌跡．(4)比較物體速度變化的快慢．在v－t圖象中，直線的傾斜程度(斜率)反映了物體速度改變的快慢，傾斜程度越大，表示速度改變得越快，傾斜程度越小，表示物體的速度改變得越慢，直線不傾斜(平行于時間軸)，表示物體的速度不變．在應(yīng)用v－t圖象時，要注意避免下列幾種常見的錯誤：

運動的物體帶動紙帶被打點計時器打上一系列的點,這些點的距離不一定相等,但這些點能說明

A．運動物體在一段時間內(nèi)的位移B．運動物體在一段時間內(nèi)的運動快慢C．運動物體在某時刻的位置D．運動物體的運動性質(zhì)

(ABCD)2.通過打點計時器得到的一條紙帶上的點子不均勻,下列判斷正確的是A．點子密集的地方物體的運動速度比較大B．點子密集的地方物體的運動速度比較小C．點子不均勻說明物體在做變速運動D．點子不均勻說明打點計時器有故障

(BC)3.在你練習(xí)使用打點計時器時,小車拖動紙帶并在上面打下一系列的小點,根據(jù)你所打出紙帶,在判斷紙帶表示的運動是勻速直線運動還是變速直線運動時A．應(yīng)通過測量紙帶表示的運動的全程來判斷？B．必須通過計算任意兩點間的平均速度來判斷C．必須通過計算全程的平均速度來計算D可以通過測量每相鄰兩點間的距離,看其是否相同來判斷

(D)1.利用紙帶可以直接測出的物理量：___________2.利用紙帶可以間接測出的物理量：___________3.故障分析：

打點不清晰（不打點）：___________________

打出短線：_______________________________

打雙點：_________________________________4.遇到下列情況，紙帶會有什么現(xiàn)象：

手拉動太慢：_____________________

手拉動太快：________________

電源頻率不穩(wěn)：__________________

錯接在直流電源上：_________________時間、位移平均速度（精確）、瞬時速度（粗略）電壓太低、振針太高電壓太高、振針太低、手拉動太快振針?biāo)蓜狱c跡太密，連成一條線打出短線點跡的時間間隔不同打出的是一條直線0123△x0△x1△x2△x3計數(shù)點：我們一般每5個點取一個計數(shù)點。0123△x0△x1△x2△x3表2手拉紙帶在幾個時刻的瞬時速度位置0123t/s00.10.20.3v/(m/s)二、用圖象表示速度t/sv/(m·s-1)0t/sv/(m·s-1)0光滑曲線√

v-t圖象包含的內(nèi)容：

1.能讀出速度V、時刻t

的對應(yīng)關(guān)系

2.觀察出速度V隨時間t的變化關(guān)系

3.能判斷物體的運動規(guī)律tOVtOV勻速直線運動加速直線運動紙帶處理：

1.判斷物體的運動規(guī)律ABCD課堂練習(xí)1、對紙帶上的電跡說法正確的是？A：點跡記錄了物體運動的時間。B：點跡在紙帶上的分布情況反映了物體的運動情況。C：點跡在紙帶上的分布情況，反映了物體的體積和大小。D：點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移(ABD)2.打出的點跡不夠清晰的原因可能是？A：電源電壓偏低B：永磁體磁性不足C：振針位置過高D：復(fù)寫紙陳舊E：振動片不在永磁體的中央(ABCDE)

同步達(dá)標(biāo)

一、選擇題(本題共6小題，每小題5分，共30分，每題至少有一個選項是正確的)

1．在使用打點計時器時應(yīng)()A．先接通電源，再使紙帶運動B．先使紙帶運動，再接通電源C．在使紙帶運動的同時接通電源D．先使紙帶運動或先接通電源都可以

答案

A2．下列說法正確的是()A．電磁打點計時器和電火花計時器的原理基本一樣B．電磁打點計時器和電火花計時器外接的交流電壓一樣C．電磁打點計時器和電火花計時器外接的交流電頻率是一樣的D．電磁打點計時器和電火花計時器打點的時間間隔都是0.02s

解析

電磁打點計時器和電火花打點計時器原理和使用方法基本一樣，所接交流電壓不同，電磁打點計時器的工作電壓為4V～6V，電火花計時器外接的電壓為220V.

答案

ACD3．運動物體拉動穿過打點計時器的紙帶，紙帶上打下一列小點，打點計時器打下的點直接記錄了()A．物體運動的時間B．物體在不同時刻的位置C．物體在相同時間內(nèi)的距離D．物體在不同時間內(nèi)的位移

解析

因為打點計時器打點的時間間隔都是0.02s，所以只要數(shù)出紙帶上所打的點數(shù)，用t＝0.02s×(n－1)可以計算出物體運動的時間，選項A正確．打點計時器每打一個點與一個時刻對應(yīng)，因此，打點計時器直接記錄物體在不同時刻所在的位置，選項B正確．每兩個相鄰時間間隔一定是0.02s，但這里的相同時間可以是任意相同時間．只要測量間隔相同點數(shù)的點跡之間的距離就可以了，但是相同的時間內(nèi)的距離不一定是相同的．而物體

在不同時間內(nèi)的位移，只要經(jīng)過再一次測量與該時間段對應(yīng)的一段位移就可以知道，所以打下的點也直接記錄了物體在不同時間內(nèi)的位移，選項D正確．

答案

ABD4．打點計時器所用的電源是50Hz的交流電，其相鄰點間的時間間隔是T，若紙帶上共打出N個點，該紙帶上記錄的時間為t，則()A．T＝0.1s，t＝NTB．T＝0.05s，t＝(N－1)TC．T＝0.02s，t＝(N－1)TD．T＝0.02s，t＝NT

答案

C5．我國使用的交流電的頻率是50Hz，而美國使用的交流電的頻率為60Hz，同樣的紙帶實驗，紙帶長度、拉動紙帶的速度完全相同，在我國和美國兩地區(qū)所得到的紙帶上被打點的個數(shù)()A．一樣多B．在美國多C．在我國多D．不能確定

解析

長度、拉動速度完全相同的紙帶運動的時間出相同，頻率越高，周期越小，打下的點個數(shù)就越多．

答案

B6．若一質(zhì)點從t=0開始由原點出發(fā)，其v-t圖象如圖所示，則該質(zhì)點()A．當(dāng)t＝1s時，離原點最遠(yuǎn)B．當(dāng)t＝2s時，離原點最遠(yuǎn)C．當(dāng)t＝3s時，回到原點D．當(dāng)t＝1s時，回到原點

解析

這是一個速度－時間圖象，故曲線與t軸所夾面積表示位移大小，所以2s末離原點最遠(yuǎn)，4s末回到原點．

答案

BD

二、填空題(9分)7．用接在50Hz交流電源上的打點計時器測定小車的運動情況．某次實驗中得到一條紙帶如圖所示，從比較清晰的點起，每5個打印點取一個計數(shù)點，分別標(biāo)明0、1