打点计时器学案.doc

4　实验：用打点计时器测速度 [目标定位]　1.了解两种计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.3.会用图象表示速度随时间变化的规律． 一、了解打点计时器 1．作用及分类 打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02__s打一次点，打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移，供高中学生实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种． 2．电磁打点计时器 (1)工作电压：6__V以下的交流电源； (2)原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点． 3．电火花计时器 (1)工作电压：220__V交流电源； (2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的静脉电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一行点迹． 4．两种计时器误差比较 电火花计时器使用中运动阻力极小，因而系统误差较小． 　想一想： 计时器打点时，计时器和纸带之间的摩擦会对物体的运动造成影响，用哪种打点计时器做实验时，实验误差更小呢？ 答案　因为电火花打点计时器是靠电火花和墨粉来打点的，所以对纸带的运动带来的阻力很小，使系统误差更小． 二、用打点计时器测量平均速度 　根据v＝ΔxΔt可求出任意两点间的平均速度，其中Δx是纸带上两点间的距离，Δt是这两点间的时间间隔． 　想一想： 如果纸带上的点迹分布不均匀，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？ 答案　较小 三、用打点计时器测量瞬时速度 　纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝ΔxΔt，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度． 如图1－4－1所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝ΔxΔt. 图1－4－1 　想一想： 在上图中，用DF段和DG段求出的平均速度，哪一个更接近E点的瞬时速度？ 答案　因为当Δt或Δx较小时，求得的平均速度更接近某点的瞬时速度，所以DF段求出的平均速度更接近E点的瞬时速度． 四、用图象表示速度 　速度－时间图象(v－t图象)：用来描述速度随时间变化关系的图象，图象上的点反映某一时刻的瞬时速度． 　想一想： 利用图象处理实验数据的好处是什么？ 答案　用图象法处理数据更直观、更具体、更方便． 五、实验器材： 　电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、220 V交流电源(电磁打点计时器使用学生电源)、刻度尺、纸带、墨粉纸盘(复写纸)、导线、坐标纸 一、实验步骤 1．了解电火花计时器的结构，然后把它固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把纸带放到墨粉纸盘的下面． 2．把计时器接到220 V的交流电源上． 3．接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源． 4．取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n个点，则用Δt＝0.02×(n－1) s计算出纸带的运动时间Δt. 5．用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx，利用v＝ΔxΔt计算纸带在这段时间内的平均速度．把测量和计算的结果填入表中． 实验 次数 点数 n 点划分出的间 隔数n－1 运动时间 Δt/s 位移 Δx/s 平均速度 v(m·s－1) 1 2 3 二、数据处理 1．利用打点计时器测量瞬时速度 (1)取一条点迹清晰的纸带便于分析测量． (2)从纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A、B、C、D、…，如图1－4－2所示，测出各点到O点的距离，算出OA、AB、BC、……的距离x1、x2、x3、……. 图1－4－2 打点计时器打点的周期为T. (3)A、B、C、D、……各点的瞬时速度分别为vA＝x1＋x22T、 vB＝x2＋x32T、vC＝x3＋x42T、vD＝x4＋x52T、……. 把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动. 位置 A B C D E F G v/(m·s－1) 图1－4－3 2．图象法表示速度 (1)用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图1－4－3所示的v－t图象． (2)v－t图象的意义 v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它并不是物体运动的轨迹． 三、注意事项 1．使用电火花打点计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面． 2．使用打点计时器时，应使物体停在靠近打点计时器的位置． 3．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定