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- 2021-06-02 发布
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4 实验:用打点计时器测速度
课堂合作探究
问题导学
一、打点计时器的原理及使用
活动与探究 1
1.电磁打点计时器使用低压交流电源工作,能不能使用直流电源?为什么?
2.从原理上考虑,电火花计时器跟电磁打点计时器相比,哪个误差可能会更小?
3.关于打点计时器的使用说法正确的是( )
A.电磁打点计时器使用的是 6 V 以下的直流电源
B.在测量物体速度时,先让物体运动,后接通打点计时器的电源
C.使用的电源频率越高,打点的时间间隔就越小
D.电源的电压越高,打点的时间间隔就越小
迁移与应用 1
打点计时器在纸带上的点迹,直接记录了( )
A.物体运动的时间
B.物体在不同时刻的位置
C.物体在不同时间内的位移
D.物体在不同时刻的速度
[来源:学科网 ZXXK]
(1)两种计时器使用的都是交流电源,当电源的频率为 50 Hz 时,都每隔 0.02 s 打一
次点。不过它们使用的工作电压不同,电磁打点计时器的 工作电压在 6 V 以下,电火花计
时器的工作电压是 220 V。
(2)电火花计时器工作时,纸带运动时受到的阻力比较小,实验误差也就比较小。
(3)实验时,将打点计时器固定在桌子上,以免在拉纸带时晃动它,并要轻轻试拉纸
带,应无明显阻滞现象,同时复写纸应该能随纸 带的移动而移动。必要时,可通过定位轴
的前后移动来调节复写纸的位置。
(4)若纸带上出现双点或漏点现象,可通过适当调整振动片的长度予以纠正;若纸带
上出现拖痕和点迹不清,应调整振针长度。
二、实验步骤
活动与探究 2
1.某学生在用打点计时器做“用打点计时器测速度”的实验,如图所示,其中有错误
与不妥之处,请把它找出来。
2.实验前打点计时器是否需要固定?为什么?如果需要固定,固定前应如何做?
3.你认为使用打点计时器时,通电和拉纸带的顺序应是什么?手拉纸带的速度应快些
还是慢些?为什么?
4.打点计时器能否工作较长时间?打点之后有必要立即关闭电源吗?
迁移与应用 2
使用电火花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.把电火花计时器固定在桌子上
B.安装纸带
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)在安装纸带时,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。
实验步骤
(1)了解打点计时器的结构,然后把它固定在桌子上。[来源:Z.xx.k.Com]
(2)把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与 6 V 的低压交流电源的接线柱相连接,
让纸带穿过两个限位孔,压在复写纸的下面。
(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,利用公式 v =Δx
Δt
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/m
平均速度
v /(m·s-1)
1
2 [来源:Zxxk.Com]
三、纸带的测量和数据处理
活动与探究 3
1.测量各计数点间的位移时,逐个测量较好,还是一次测出各计数点到起始计数点 O
的距离,再计算各计数点间的距离较好?
2.如图所示,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,用厘
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,A、D 间的平均
速度是________ m/s;B 点的瞬时速度更接近于________ m/s。
3.本实验在处理数据时误差的可能来源是什么?(至少找出两条)
迁移与应用 3
在“用打点计时器测速度”的实验中,如图所示给出了从 0 点开始,每 5 个点取一个计
数点的纸带,其中 0、1、2、3、4、5、6 都为计数点。测得 x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3
=2.38 cm,x4=2.88 cm,x5=3.39 cm,x6=3.87 cm。那么:
(1)在计时器打出点 4 时,求小车的速度。
(2)在平面直角坐标系中作出速度—时间图象,并分析小车的速度如何变化。
(1)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:vA=x1+x2
2T
、
vB=x2+x3
2T
、vC=x3+x4
2T
、vD=x4+x5
2T
……。
(2)物体的运动也可以用图象描述,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,把测出的纸带上各点的速度在坐标系中描点,并用一条平滑的曲线把这些点
连起来,即可得到如图所示的 v-t 图象。
当堂检测
1.打点计时器振针打点周期取决于( )
A.交流电源电压的高低 B.交流电源的频率
C.永久性磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸间的距离
2.对电火花计时器和电磁打点计时器的有关说法中,正确的是( )
①电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源 ②两种打点计时器的打点频率
与交流电源的频率一样 ③电火花打点计时器在纸带上打点也是靠振针和复写纸
④电磁打点计时器打点的是电火花和墨粉
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
3.利用打点计时器打下的纸带( )
A.能准确测出某点的瞬时速度
B.能近似测出某点的瞬时速度
C.能准确测出某段时间内的平均速度[来源:Z.xx.k.Com]
D.可用任意两点间的平均速度准确表示某点的瞬时速度
4.一学生在练习使用电磁打点计时器时,纸带上打出的不是点,而是一些短线,这可
能是因为( )
A.打点计时器错接在直流电源上
B.电源电压不稳定
C.电源的频率不稳定
D.振针压得过紧
5.如图所示是拖动纸带时打点计时器打出的一条纸带,A、B、C、D、E 为我们在纸带
上所选的计数点,相邻计数点间的时间间隔为 0.1 s,试估算打点计时器打下 B、C、D 各点
时的瞬时速度:vB=________ m/s,vC=______ m/s,vD=________ m/s。
答案:
课堂合作探究
【问题导学】
活动与探究 1:1.答案:当线圈接上交流电源时,振片被磁化成一条形磁铁,其两端
极性随线圈中电流方向的改变而周期性地变化。由于振片处于永久磁铁的两极之间,在磁场
的作用下而产生振动,振片末端的振针就开始打点。直流电的电流方向不变化,故不能打点。
2.答案:电火花计时器在使用中运动阻力极小,这种极小阻力来自于纸带运动的本身,
而不是打点产生的,因而系统误差小,计时精度与交流电源频率的稳定程度一致,同时它的
操作简易,使用安全可靠。
3.C 解析:电磁打点计时器使用交流电源,A 错;使用打点计时器时应先接通电源,
后让物体运动,B 错;打点的时间间隔 T=1
f
,f 是电源频率,与电源的电压高低无关,所以
C 正确,D 错误。
迁移与应用 1:AB 解析:电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔 0.02 s 在纸带
上打一个点,因此,打在纸带上的点迹可直接反映物体的运动时间,因为纸带跟运动物体连
在一起,打点计时器固定,所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置。
用刻度尺量出各点迹间的间隔,可知道物体在不同时间内的位移,再根据速度公式可算
出物体在不同时刻的速度,但这些量不是纸带上的点迹直接记录的。
活动与探究 2:1.答案:电磁打点计时器必须接交流电源,而图中所接为直流电源,
显然是个错误;开始时,小车离定滑轮端太近,向前运动的余地太小,致使纸带上的计时点
过少,给测量带来不便,产生较大误差。
2.答案:(1)实验前,应将打点计时器固定好。
(2)以免拉动纸带时晃动。
(3)要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。
3.答案:(1)使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动
纸带。
(2)手拉动纸带时速度应快一些。
(3)以防点迹太密集。
4.答案:打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后有必要立即关闭电源,以保护
打点计时器。
迁移与应用 2:答案:(1)ABDEC (2)纸盘轴 墨粉纸盘
解析:根据实验原理,通过对实验仪器的观察,掌握新仪器的使用方法是一种重要的实
验能力。电火花计时器的特点是:打点是靠放电针和墨粉纸盘之间的火花放电来实现的,故
其操作步骤和电磁打点计时器是相似的。墨粉纸盘应套在纸盘轴上,使它可以转动,并被均
匀地利用。墨粉纸盘夹在两条白纸带之间,目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。
活动与探究 3:1.答案:分段测量误差较大,减小分段测量计数点间的位移 x 带来误
差的方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数点 O 的距离,再分别计算出各
计数点间的距离。读数时应估读到毫米的下一位,并且视线要与直尺垂直。
2.答案:0.35 0.43 0.35
解析:由题意知,相邻两点间的时间间隔为 0.02 s,A、C 两点间的距离为 14 mm=0.014
m,A、D 两点间的距离为 26 mm=0.026 m。由公式 v=Δx
Δt
得 vAC= 0.014
2×0.02
m/s=0.35 m/s,
vAD= 0.026
3×0.02
m/s≈0.43 m/s。B 点的瞬时速度更接近 A、C 间的平均速度 0.35 m/s。
3.答案:(1)当交流电的频率不稳定时,计数点间的时间Δt 出现误差。
(2)作 v-t 图象不用坐标纸、尺子,坐标单位选定的不合理,作图粗糙带来误差。
迁移与应用 3:答案:(1)31.4 cm/s (2)见解析
解析:(1)打点 4 时的速度,可用 3、5 两点间的平均速度表示,v4=x4+x5
Δt
=2.88+3.39
0.2
cm/s≈31.4 cm/s。
(2)计算各段中间时刻速度见下表[来源:Zxxk.Com]
位置 1 2 3 4 5
速度 v/(cm·s-1) 16.5 21.4 26.3 31.4 36.3
描点连线得其速度—时间图象如图所示
由图象可知小车速度均匀增加。
【当堂检测】
1.B 2.A 3.BC 4.D
5.答案:0.26 0.30 0.34
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