学生实验教学设计与反思

§1.4 实验：用打点计时器测速度

1．打点计时器的构造，原理，和利用其测定平均速度、瞬时速度。

2．测定平均速度，画出图象，了解用图象研究物理问题的方法。

3．了解误差和有效数字。

【重点难点】

重点：打点计时器的使用以及实验数据的误差分析

难点：了解用图象研究物理问题的方法

【知识梳理】

1.仪器构造

2．仪器原理

电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定

内发生

的仪器，它使用

电源，由学生电源供电，工作电压在

以下，当电源的频率是50 Hz时，它每隔

打一个点，通电前把纸带穿过

，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面，接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，

便振动起来，带动其上的

上下振动。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸片在纸带上留下一行小点，如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的

。

电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似，这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力比较

，实验误差也就比较

。

3．速度时间图象（v-t 图象）

用来描述

随

变化关系的图象。

4．偶然误差是指由

因素造成的，用

的方法可以减小偶然误差。

系统误差是由

、造成的，特点是多次重复测量的结果总是

真实值，呈现单一倾向。

5．相对误差等于

。

6．有效数字是指带有一位

的近似数字。

【重点探究】

一、实验原理

1．两种打点计时器在接通50 Hz的交流电源时，打点时间间隔都是0.02 s.

2．当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，纸带上各点之间的间隔就表示相应时间间隔中物体的位移，根据平均速度ΔxΔx的定义式v＝，当Δt很短时，可以认为等于t时刻的瞬时速度．

ΔtΔt

二、实验器材

打点计时器(电磁打点计时器或电火花计时器)、纸带、刻度尺、交流电源、导线等．

两种打点计时器的比较：

电磁打点计时器

电火花计时器

电源种类

6V以下低压交流电源

打点频率

打点时间间隔0.02 s、

频率50Hz 打点方式

振针通过复写纸在纸带上打点

阻力来源

纸带与限位孔的摩擦；

振针与纸带打点接触时的摩擦

220 V交流电源

打点时间间隔0.02 s、

频率50Hz 火花放电使墨粉在纸带上成点

纸带与限位孔的摩擦；

摩擦阻力比电磁打点计时器小

电火花计时器比电磁打点计时器更精确，实验误差小。

三、实验步骤

1．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，压在复写纸的下面．

2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与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使它在水平方向上运动，纸带上就打下了一系列点．

4．关闭电源，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，那么点的间隔数为n－1个，纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s. 5．用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx. Δx6．利用公式v＝，计算出纸带在这段时间内的平均速度．

Δt7．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明A、B、C、D…，如图所示，测出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3….

四、数据处理

1．表格法

打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为：

x1＋x2x2＋x3x3＋x4x4＋x5vA＝2T、vB＝2T、vC＝2T，vD＝2T…

把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。

位置编号

(Xn+Xn+1)/m v/(m/s) 1

2

3

4

5

6

2．图象法

(1)图象的描绘：以速度v为纵轴、时间t为横轴，在方格纸上建立直角坐标系．根据测得的速度值在坐标系中描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到了一条能够描述纸带运动的速度v与时间t关系的图象．称为速度—时间图象，简称速度图象，即v-t图象．

（2）实验：①（学生）打纸带：

②用纸带求各点速度：计算、填表、描点作出速度—时间图象

v/(km·h-1)

50 40 30 20 10 0

10 20 30 40 50 t/s

例1、电磁打点计时器是一种使用___________电源的计时仪器，它的工作电压为________，当电源频率为50 Hz时，它每隔________s打一次点．使用电磁打点计时器时，应将纸带穿过______，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的________面；应把__________电源用导线接在接线柱上；打点时应先________，再让纸带运动．

例2、

如图所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02 s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔一点选定的计数点．根据图中标出的数据，纸带上A、C两点对应的时间为______s，纸带在A、D间的平均速度为______cm/s，打B点时纸带的瞬时速度为______cm/s，你能求出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？答：____

______

_____.

变式练习：打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.

【课堂反馈】

1．接通电源与让纸带随物体运动，这两个操作的先后次序应当是(

) A．先接通电源，后释放纸带

B．先释放纸带，后接通电源

C．释放纸带的同时接通电源

D．先释放纸带或先接通电源都可以

2.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们不用公式计算可以从纸带上直接得到的物理量是（

）

A.时间间隔

B.位移

C.瞬时速度

D.平均速度

3．利用打点计时器打出的纸带(

) A．能准确地求出某点的瞬时速度

B．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

4.在一次实验中,某同学不知道所使用的交流电源的实际频率已超过50 Hz,那么,他计算出来的瞬时速度值与真实值相比 ( ) A.偏大

B.偏小

C.相等

D.不能确定

5．使用电火花打点计时器分析物体运动情况的实验中：

(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________．

A．把电火花打点计时器固定在桌子上

B．安放纸带

C．松开纸带让物体带着纸带运动

D．接通220 V交流电源

E．按下脉冲输出开关，进行打点

(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上，还要检查________是否夹在纸带之间．

6．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹．下列关于纸带上点迹的说法中正确的是( ) A．点迹记录了物体运动的时间

B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移

C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状

D．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况

7．如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示．

(1)求出1、2、3、4、5各计数点的瞬时速度；

(2)画出速度—时间图．(必须用铅笔、直尺作图)