学生实验教学设计一等奖

4 实验：用打点计时器测速度

【学习目标】

一、实验原理

打在纸带上的点，记录了纸带运动的

。如果把纸带跟运动物体连接在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的

。研究纸带上的点之间的间隔，就可以得到运动物体在不同时间里发生的

，从而求得物体运动的速度。

二、实验器材

打点计时器、交流电源（学生电源）、刻度尺、纸带、墨粉纸盘（复写纸）、导线、坐标纸、铅笔。

三、实验步骤

1．把电火花计时器固定在桌子上，检查

是否已经正确地套在纸盘轴上，检查两条白

是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否在两条纸带

。

2．把计时器上的插头插在

电源插座上。

3．按下脉冲输出开关，用手水平地拉动两条纸带，计时器就在运动的纸带上就打下一系列

。

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，点子的间隔数则为

个，用t=0.02

计算出纸带的运动时间t。

5．用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的

有多长

6．利用公式

计算纸带在这段时间内的平均速度。

7．选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析。

8．从能够看清的某个点开始，每隔

取一个点，在纸带上用数字0，1，2 ….5标出这些“测量点”，测量包括每个点的一段位移

,记录在表一中，同时记录相对应的

，以计算该段时间的平均速度。

9．将各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的

，填入表二中，点0作为计时的开始，即t=0。

10．以

为纵轴，以

为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表二的数据在坐标轴上

，将这些点用

连接起来。

11．通过曲线的走向大致看出速度的变化规律，将你的实验结果与其他同学交流一下，说出你的体会。

12．重复以上步骤再做一次。

如果用电磁打点计时器，则实验步骤的前3步相应地应当是：

1、

把打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个

，压在复写纸的

。

2、把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与

的低压交流电源的接线柱相连接。

3、打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一系列

。

四、达标检测

1．(多选)根据打点计时器打出的纸带，下列说法正确的是(

) A．能准确地求出某点的瞬时速度

B．只能粗略地求出某点的瞬时速度

C．能准确地求出某段时间内的平均速度

D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度

2．(多选)关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法中正确的是(

) A．打点计时器应接交流电源，交流频率通常为50 Hz B．如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08 s C．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大

D．电磁打点计时器接在220 V电源上，电火花打点计时器接在6 V电源上

3．如图1－4－5所示，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各点间的距离如图所示，则：AC＝________ mm，AD＝________ mm.那么由此可以算出纸带在AC间的平均速度为________ m/s，纸带在AD间的平均速度为________m/s；B点的瞬时速度更接近于________ m/s.

图1－4－5 4．某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图所示，每两点之间还有四个点

没有画出来，图1－4－6中上面的数字为相邻两点间的距离，打点计时器的电源频率为50 Hz.

图1－4－6 (1)相邻两个计数点间的时间为________ s. (2)打第4个计数点时纸带的速度v4＝________ m/s.(保留三位有效数字) 5．用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．

A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．

B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过_______________，并压在________下面．

C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx. D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝________. E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点．

F．利用公式vx计算纸带运动的平均速度．

t实验步骤的合理顺序是________．

6．某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．其相邻点间的距离如图1－4－7所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s. (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F 5个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入表中．(要求保留三位有效数字)

图1－4－7

数值/m·s1

－vB

vC

vD

vE

vF

(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并在图1－4－8中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．

图1－4－8

答案

四、达标检测

1．

【解析】

在打点计时器打出的纸带的数据处理中，我们只能用与计数点靠得很近的一段距离的平均速度粗略表示计数点的瞬时速度，故A、D错误，B正确．而对于Δx和Δt是可以准确测得的，故可测得Δt内的平均速度，C正确．

【答案】

BC 2．

【解析】

打点计时器使用交流电，电磁打点计时器使用6 V以下的低压交流电源；电火花计时器使用220 V交流电源，相邻两点的时间间隔是0.02 s. 【答案】

AC 103xAC14.0×3．【解析】

AC＝14.0 mm，AC间的平均速度为＝

m/s＝0.35 m/s；AD＝25.0 mm，2T2×0.02－10xAD25.0×AD间的平均速度为＝

m/s≈0.42 m/s.对描述B点的瞬时速度来说，AC段所取的3T3×0.02位移间隔更小，更能接近B点的真实速度，即B点的瞬时速度更接近于0.35 m/s. 【答案】

14.0

25.0

0.35

0.42

0.35 4．【解析】

(1)每两个计数点间有5个打点间隔，所以T＝5×0.02 s＝0.1 s. 0.11＋0.129(2)打第4个计数点时的瞬时速度近似等于3、5两点间的平均速度，所以v4＝

2×0.1m/s≈1.20 m/s.

【答案】

(1)0.1

(2)1.20 5．

【解析】

A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并压在复写纸的下面；D项中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02 s．合理的实验步骤为BAEDCF. 【答案】

交流

限位孔

复写纸

(n－1)×0.02 s

BAEDCF xn＋xn＋16．【解析】

(1)根据vn＝知

2TB点对应的速度

vB＝＋2×0.10－2－3

m/s＝0.400 m/s；

C点对应的速度

vC＝＋2×0.10－2

m/s＝0.479 m/s；

D点对应的速度

vD＝＋2×0.10－2m/s≈0.560 m/s；

E点对应的速度

vE＝＋2×0.10－2

m/s≈0.640 m/s；

F点对应的速度

vF＝如表所示

数值/m·s1

－＋2×0.10－2m/s＝0.721 m/s. vB

0.400

vC

0.479

vD

0.560

vE

0.640

vF

0.721 (2)将计算出的各点速度描在坐标纸上，并将各点用平滑的曲线连接起来，如图所示．

【答案】

见解析