1-4实验：用打点计时器测速度资料.ppt

第4节　实验：用打点计时器测速度 一、误差的分类与比较 1．根据误差来源的不同，误差可分为系统误差和偶然误差． (1)偶然误差：偶然误差是由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的．例如读仪表时，眼睛可能一次偏右、一次偏左，电表指针转动时的摩擦可能一次偏大、一次偏小． 偶然误差的特点：实验结果有时偏大，有时偏小；重复实验时，偏大、偏小的机会接近． 减小偶然误差的方法是取多次实验的平均值作为实验结果． (2)系统误差：由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的．其来源为： a．实验仪器本身的误差； b．实验原理不够完备； c．实验方法粗略． 系统误差的特点：实验结果总是具有相同的倾向性，即总是偏大或偏小． 减小系统误差的方法是完善实验原理，提高实验仪器的测量精度，设计更精巧的实验方法． 2．从分析数据看，误差分为绝对误差和相对误差 (1)绝对误差：绝对误差是测量值与被测物理量真实值之差(绝对值)．如用毫米刻度尺测量一段铜线的直径，读数为1.2 mm，其中0.2 mm是估读数，可以认为误差是0.2 mm.提高测量仪器的精度是减小绝对误差的主要方法． 二、有效数字的读数规则 在测量中，要按照有效数字的规则来读数，测量仪器的读数规则是：测量误差出现在哪一位，读数就应读到哪一位．一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置． 1．最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读，如最小刻度是1 mm的刻度尺，测量误差出现在毫米的十分位上，应估读到十分之几毫米． 2．游标卡尺、秒表不需要估读． 2．打点计时器的原理及使用 (1)电磁打点计时器 〈一〉构造 电磁打点计时器是一种可以记录物体运动的时间和位移的仪器．它使用交流电源，工作电压在6 V以下．当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一个点．构造如下图所示． ①接线柱；②线圈；③永久磁铁；④振片；⑤振针；⑥限位孔；⑦复写纸；⑧纸带． 〈二〉原理：如下图所示，给电磁打点计时器通6 V以下的交流电时，振片在线圈和永久磁铁的作用下振动起来，带动振片前端的振针上下振动，振针通过复写纸在纸带上留下一系列小点．交流电变化一个周期，纸带上打出一个点，当交流电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s. 电磁打点计时器必须使用交流电源，如图甲、乙所示，当线圈通相反的电流时，线圈产生的磁场的方向相反，永久磁场的方向不变，才可能导致振片所受的作用力方向发生变化，振片上下振动． 〈三〉使用 a．用限位孔限定纸带，复写纸压在纸带的上面．通电后振片带动振针打点．若纸带运动，其上就会留下一行小点． b．如由物体带动纸带运动，物体的位移大小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迹的数目计算． (2)电火花计时器 〈一〉构造 电火花计时器在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉．其构造如下图所示． ①负脉冲输入插座(黑色)；②正脉冲输入插座(红色)；③墨粉纸盘；④纸带． 〈二〉使用 a．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． b．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． 两种计时器的比较 有的同学误认为打点计时器是测量长度的仪器． 辨析：当电源的频率是50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一次点，所以根据纸带上的点数，我们就能确定某段过程所对应的时间．物体带动纸带运动时，打点计时器虽然可以记录下物体在一定时间间隔内的位移，但没有刻度尺的测量， 我们就无法知道位移的大小．所以说打点计时器是计时仪器，不是测量长度的仪器． 3．实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源(电火花计时器使用220 V交流电源)． 4．实验步骤 (1)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． (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． (3)接通电源开关，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)取下纸带，从能看得清的某个点开始，向后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02 s. 误认为包含某点在内的某段位移的平均速度一定等于该点的平均速度． 辨析：平均速度只能表示一段位移(或一段时间)的平均运动快慢，不能表示某时刻的运动快慢，但可以肯定的是所取包含某点在内的位移越小，时间越短，平均速度描述的运动快慢越接近于物体在某位置(或某时刻)的运动