高中物理 實驗用打點計時器測速度 新人教版必修

高中物理實驗用打點計時器測速度課件新人教版必修第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第4節(jié)實驗：用打點計時器測速度同步導學方案課后強化演練第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一、誤差的分類與比較1．根據誤差來源的不同，誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差．(1)偶然誤差：偶然誤差是由于各種偶然因素對實驗者和實驗儀器的影響而產生的．例如讀儀表時，眼睛可能一次偏右、一次偏左，電表指針轉動時的摩擦可能一次偏大、一次偏小．第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四偶然誤差的特點：實驗結果有時偏大，有時偏小；重復實驗時，偏大、偏小的機會接近．減小偶然誤差的方法是取多次實驗的平均值作為實驗結果．(2)系統(tǒng)誤差：由儀器結構缺陷、實驗方法不完善造成的．其來源為：a．實驗儀器本身的誤差；b．實驗原理不夠完備；c．實驗方法粗略．第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)誤差的特點：實驗結果總是具有相同的傾向性，即總是偏大或偏小．減小系統(tǒng)誤差的方法是完善實驗原理，提高實驗儀器的測量精度，設計更精巧的實驗方法．第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2．從分析數據看，誤差分為絕對誤差和相對誤差(1)絕對誤差：絕對誤差是測量值與被測物理量真實值之差(絕對值)．如用毫米刻度尺測量一段銅線的直徑，讀數為1.2mm，其中0.2mm是估讀數，可以認為誤差是0.2mm.提高測量儀器的精度是減小絕對誤差的主要方法．第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四二、有效數字的讀數規(guī)則在測量中，要按照有效數字的規(guī)則來讀數，測量儀器的讀數規(guī)則是：測量誤差出現在哪一位，讀數就應讀到哪一位．一般可根據測量儀器的最小分度來確定讀數誤差出現的位置．1．最小分度為“1”的儀器，測量誤差出現在下一位，下一位按十分之一估讀，如最小刻度是1mm的刻度尺，測量誤差出現在毫米的十分位上，應估讀到十分之幾毫米．2．游標卡尺、秒表不需要估讀．第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2．打點計時器的原理及使用(1)電磁打點計時器〈一〉構造電磁打點計時器是一種可以記錄物體運動的時間和位移的儀器．它使用交流電源，工作電壓在6V以下．當電源的頻率是50Hz時，它每隔0.02s打一個點．構造如下圖所示．第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四①接線柱；②線圈；③永久磁鐵；④振片；⑤振針；⑥限位孔；⑦復寫紙；⑧紙帶．第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四〈二〉原理：如下圖所示，給電磁打點計時器通6V以下的交流電時，振片在線圈和永久磁鐵的作用下振動起來，帶動振片前端的振針上下振動，振針通過復寫紙在紙帶上留下一系列小點．交流電變化一個周期，紙帶上打出一個點，當交流電源頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔為0.02s.第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四電磁打點計時器必須使用交流電源，如圖甲、乙所示，當線圈通相反的電流時，線圈產生的磁場的方向相反，永久磁場的方向不變，才可能導致振片所受的作用力方向發(fā)生變化，振片上下振動．第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四〈三〉使用a．用限位孔限定紙帶，復寫紙壓在紙帶的上面．通電后振片帶動振針打點．若紙帶運動，其上就會留下一行小點．b．如由物體帶動紙帶運動，物體的位移大小就對應為紙帶上相應點間的距離，運動時間可由該距離上點跡的數目計算．第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(2)電火花計時器〈一〉構造電火花計時器在紙帶上打點的不是振針和復寫紙，而是電火花和墨粉．其構造如下圖所示．①負脈沖輸入插座(黑色)；②正脈沖輸入插座(紅色)；③墨粉紙盤；④紙帶．第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四〈二〉使用a．使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔．當接通電源、按下脈沖輸出開關時，計時器發(fā)出的脈沖電流經放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡．b．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?。?7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四兩種計時器的比較電磁打點計時器電火花計時器電源性質6V以下交流電源220V交流電源打點頻率打點時間間隔0.02s，頻率50Hz打點時間間隔0.02s，頻率50Hz打點方式振針通過復寫紙在紙帶上打點火花放電使墨粉在紙帶上打點阻力來源紙帶與限位孔的摩擦，振針與紙帶打點接觸時的摩擦紙帶與限位孔的摩擦第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四有的同學誤認為打點計時器是測量長度的儀器．辨析：當電源的頻率是50Hz時，打點計時器每隔0.02s打一次點，所以根據紙帶上的點數，我們就能確定某段過程所對應的時間．物體帶動紙帶運動時，打點計時器雖然可以記錄下物體在一定時間間隔內的位移，但沒有刻度尺的測量，我們就無法知道位移的大小．所以說打點計時器是計時儀器，不是測量長度的儀器．第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四3．實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、紙帶、刻度尺、導線、復寫紙片、低壓交流電源(電火花計時器使用220V交流電源)．4．實驗步驟(1)把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面．(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到6V的低壓交流電源上．第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(3)接通電源開關，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點．(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，向后數出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數為n－1個，則紙帶的運動時間Δt＝(n－1)×0.02s.第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四誤認為包含某點在內的某段位移的平均速度一定等于該點的平均速度．辨析：平均速度只能表示一段位移(或一段時間)的平均運動快慢，不能表示某時刻的運動快慢，但可以肯定的是所取包含某點在內的位移越小，時間越短，平均速度描述的運動快慢越接近于物體在某位置(或某時刻)的運動快慢．這種處理問題的方法體現了抓住主要因素，忽略次要因素的思想方法，是物理學常用的方法之一．第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四6.誤差分析(1)利用平均速度來代替計數點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差．為減小誤差，應取以計數點為中心的較小位移Δx來求平均速度．(2)分段測量計數點間的位移x帶來誤差．減小此誤差的方法是依次測量完成，即依次測出各計數點到起始計數點O的距離，再分別計算出各計數點間的距離．第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(3)計數點間的時間Δt搞錯．計數點間涉及到n個打印點，計數點間的時間間隔為Δt＝(n－1)×0.02s.(4)作v-t圖象不用坐標紙、尺子，坐標單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差．第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四7．注意事項(1)實驗前，應將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試拉紙帶，應無明顯的阻滯現象．(2)使用計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶．(3)手拉動紙帶時速度應快一些，以防點跡太密集．(4)使用電火花計時器時，應注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方，使用電磁打點計時器時，應讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面．第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(5)使用電磁打點計時器時，如打出點較輕或是短線，應調整振針距復寫紙的高度．(6)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應立即關閉電源．(7)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是依次測量完成(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點O之間的距離)．讀數時應估讀到毫米的下一位．第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四四、用v-t圖象表示速度的變化規(guī)律1．坐標的建立和圖象的得出(1)以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標系，依據實驗數據設定合適的刻度，并注明單位．(2)根據計算出的不同時刻對應的瞬時速度值，在坐標系中描點．第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(3)用平滑曲線來“擬合”實驗中描出的點，得出v-t圖象，如下圖所示．第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

“擬合”：實驗數據描出的點是不連續(xù)的，但物體在各個時刻都有速度，速度隨時間是連續(xù)變化的，觀察描出的點的速度的分布特點，然后用平滑的曲線表示出速度隨時間變化的特點，這一過程即為“擬合”．第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2．圖象的物理意義反映做直線運動物體的速度隨時間變化的規(guī)律．3．圖象的應用(1)從圖象上能看出每一時刻對應的瞬時速度．(2)從圖象上能判斷速度的變化特點．第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四4．圖線所對應的運動特點(1)若圖線平行于t軸表示物體做勻速運動，如圖所示中的1、2圖線；若不平行t軸表示物體做變速運動，如3、4、5圖線．第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(2)截距：縱軸截距表示初始時刻物體的瞬時速度；橫軸截距表示物體速度為零的時刻．(3)圖象交點：表示兩物體的瞬時速度v相同．(4)瞬時速度為正，說明物體沿正向運動，如1、4、5圖線；瞬時速度為負，說明物體沿負向運動，如2、3圖線．第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

對電磁打點計時器和電火花計時器的有關說法中，正確的是(

)A．電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電B．兩種打點計時器的打點頻率與交流電源的頻率一樣C．電火花計時器在紙帶上打點是靠振針和復寫紙D．電磁打點計時器在紙帶上打點是靠電火花和墨粉題型1打點計時器的原理及應用

例1第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【分析】

了解電磁打點計時器和電火花計時器的工作條件和工作原理是分析本題的關鍵．【解析】

可通過以下表格逐項進行分析

選項過程透析結論A電磁打點計時器使用6V以下的交流電，電火花計時器使用220V的交流電√B兩種打點計時器的打點頻率都由交流電源的頻率決定√第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【答案】

AB選項過程透析結論C電火花計時器在紙帶上打點靠電火花和墨粉×D電磁打點計時器在紙帶上打點靠振針和復寫紙×第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【方法總結】電磁打點計時器易出現故障的原因分析及調節(jié)方法：現象原因調節(jié)方法打點不清晰1.振針過高2．電壓太低3．復寫紙用得太久1.把振針適當調低2．調高電壓3．換新的復寫紙打的不是點，是短線1.振針過低2．所加電壓太高，使振幅過大1.把振針適當調高一些2．適當調低電壓打雙點振針松動把振針固定第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

某同學在用打點計時器做實驗時，得到的紙帶如圖所示，請你判斷一下這可能是因為(

)A．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．振針壓得過緊變式訓練1-1第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四解析：正常情況下，振針應該恰好敲打在限位板上，這樣在紙上才能留下點．當振針與復寫紙的距離過小時，振針可能打不到復寫紙，這時會出現有時有點，有時無點．如果振針與復寫紙的距離過小，振針就會有較長的時間與復寫紙接觸，這樣就會在復寫紙上留下一段一段的小線段．答案：D第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

如圖所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后依次標為0、1、2、3、4、5、6…，現在量得0、1間的距離x1＝5.18cm,1、2間的距離x2＝4.40cm,2、3間的距離x3＝3.62cm,3、4間的距離x4＝2.78cm,4、5間的距離x5＝2.00cm,5、6間的距離x6＝1.22cm(f＝50Hz)．題型2紙帶的測量分析和計算

例2第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(1)根據上面記錄，計算打點計時器在打1、2、3、4、5點時的速度并填在下表中.(2)根據(1)中表格，在圖中畫出小車的速度—時間圖象，并說明小車速度變化特點．位置12345v/m·s－1第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【分析】

求某點的速度時，我們用相鄰兩點間的平均速度代替．第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(2)描點并連線得小車的速度—時間圖象由圖象可見，小車速度均勻減?。敬鸢浮?/p>

見解析第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【方法總結】(1)求出對應于不同時刻的瞬時速度，然后以運動方向為正方向建立坐標系，描點并用平滑曲線擬合就得到了描述物體運動的v-t圖象．(2)對所給出的v-t圖象，v的正、負表示速度的方向，v的絕對值表示物體運動的快慢，即速率．第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

某同學用如圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動，實驗步驟如下：變式訓練2-1第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四a．安裝好實驗器材：b．接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復幾次，選出一條點跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數點，如圖中0、1、2、…、6點所示；第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四結合上述實驗步驟，請你完成下列任務：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導線及開關外，在下面的儀器和器材中，必須使用的還有________和________．(填選項代號)A．電壓合適的50Hz的交流電源B．電壓可調的直流電源C．刻度尺D．停表E．天平F．重錘第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(2)將最小刻度為1mm的刻度尺的0刻度線與0計數點對齊，0、1、2、5計數點所在位置如圖所示，則x2＝________cm，x5＝________cm.第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四解析：為了保證打點計時器能正常工作，必須選用合適的電源，處理紙帶時一般需要毫米刻度尺；刻度尺計數時，由于精確度是0.1cm，所以需要估讀到下一位，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頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

關于打點計時器打出的紙帶，下列敘述中正確的是(

)A．點跡均勻，說明紙帶做勻速運動B．點跡變稀，說明紙帶做加速運動C．點跡變密，說明紙帶做加速運動D．相鄰兩點間的時間間隔相等題型3利用紙帶分析物體的運動情況

例3第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

打點計時器的振針打點的頻率一定(50Hz)，相鄰兩點間的時間間隔相等，如果紙帶勻速運動，點跡均勻；如果紙帶加速運動，點跡變?。蝗绻垘p速運動，點跡變密．【答案】

ABD第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【方法總結】利用紙帶判斷物體運動情況的方法：(1)選取一條點跡清晰的紙帶為研究對象．(2)分析紙帶上點與點之間間隔的變化情況．(3)若點與點之間的距離相等，就可判斷物體做勻速運動，若點與點間距越來越大，則物體做加速運動，反之做減速運動．第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

如下圖所示，根據打點計時器打出的紙帶判斷哪條紙帶表示物體做勻速運動(

)解析：根據紙帶上點跡的疏密是否均勻來判斷．答案：B變式訓練3-1第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

下圖是甲、乙兩個物體運動的v-t圖象，至少從以下三個方面分別說明它們的速度是怎樣變化的．(1)物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度？(2)速度的大小是否變化？是加速還是減速？(3)運動的方向是否變化？題型4用v-t圖象描述物體運動

例4第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

(1)v-t圖線與v軸的交點坐標值表示初速度，可知甲物體