1.4 实验：用打点计时器测速度.ppt

1、第一章运动的描述第一章运动的描述学案学案4 4 实验：用打点计时器测速度实验：用打点计时器测速度 古时候由于生产力不发达，计时的方法是滴水法和回影法古时候由于生产力不发达，计时的方法是滴水法和回影法等原始的方法。随着科学技术的发展，今天的计时方法既有钟等原始的方法。随着科学技术的发展，今天的计时方法既有钟表等一般的计时器，又有精确度极高的光电计时器，在实验室表等一般的计时器，又有精确度极高的光电计时器，在实验室中我们用的是打点计时器，分为电磁打点计时器和电火花计时中我们用的是打点计时器，分为电磁打点计时器和电火花计时器，那么它们的工作原理、构造及使用是怎样的呢？器，那么它们的工作原理、构造及使

2、用是怎样的呢？学点学点1 电磁打点计时器和电火花计时器电磁打点计时器和电火花计时器对打点计时器的认识对打点计时器的认识 电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。当接通当接通6 V以下低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动以下低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为针就在纸带上打出一系列点，当交流电源

3、频率为50 Hz时，它每隔时，它每隔0.02 s打一点，打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s。电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。当接通迹的计时仪器。当接通220 V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系

4、列点迹。当电源频率为50 Hz时，它也是每隔时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是间间隔也是0.02 s。电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。打点计时器实验误差小。打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。时刻的位置。说明说明：电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本

5、一样，电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样，打点的时间间隔都是打点的时间间隔都是0.02 s，所以今后的叙述中不再区分，统称，所以今后的叙述中不再区分，统称打点计时器。打点计时器。电磁打点计时器是利用电磁感应原理，其结构如图甲所示；电磁打点计时器是利用电磁感应原理，其结构如图甲所示；电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的，其结构如图乙电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的，其结构如图乙所示。所示。甲甲 乙乙图图1-4-11-4-1 实验步骤：实验步骤：把打点计时器固定在桌子上，按照要求装好纸带。把打点计时器固定在桌子上，按照要求装好纸带。打点计时器接交流电源。打点计时器接交流电源。接

6、通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一行小点，接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一行小点，随后立即关闭电源。随后立即关闭电源。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，如果共有个点，如果共有n个点，那么点的间隔数为个点，那么点的间隔数为n-1个，则纸带的运动时间个，则纸带的运动时间t0.02（n-1）s。用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点n间的距离。间的距离。利用公式利用公式v=x/t计算出纸带在这段时间内的平均速度。计算出纸带在这段时间内的平均速度。2.2

7、.打点计时器的使用打点计时器的使用 说明：说明：打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。仪器。在使用前应了解它的结构，在使用时要遵照操作规程。在使用前应了解它的结构，在使用时要遵照操作规程。1【例【例1 1】电磁打点计时器是一种使用】电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器，它的工作电源的计时仪器，它的工作 电压是电压是_ V_ V，当电源频率是，当电源频率是50 Hz50 Hz时，它每隔时，它每隔_ s_ s打一打一 次点。使用打点计时器时，纸带应穿过次点。使用打点计时器时，纸带应穿过_，复写纸应套在，复写纸应套在 _ _上，

8、并要放在纸带的上，并要放在纸带的_面；应把面；应把_电源用导线接电源用导线接 在在_上；打点时应先上；打点时应先_，再让纸带运动。，再让纸带运动。【解析】电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用低于电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用低于 V V低压低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源再让纸带运动。定位轴上，打点时要先接通电源再让纸带运动。使

9、用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：在如下基本步骤中，正确的排列顺序为在如下基本步骤中，正确的排列顺序为_。A.A.把电火花计时器固定在桌子上把电火花计时器固定在桌子上 B.B.安放纸带安放纸带 C.C.松开纸带让物体带着纸带运动松开纸带让物体带着纸带运动 D.D.接通接通220 V220 V交流电源交流电源 E.E.按下脉冲输出开关，进行打点按下脉冲输出开关，进行打点在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在_上，上，还要检查还要检查_是否夹在纸带之间。是否夹在纸带之间。交流交流接通电源接通电源低

10、于低于6 60.020.02限位孔限位孔定位轴定位轴上上低压交流低压交流接线柱接线柱纸盘轴纸盘轴墨粉纸盘墨粉纸盘A、B、D、E、C 用打点计时器测量瞬时速度的方法与步骤：用打点计时器测量瞬时速度的方法与步骤：把打点计时器固定在桌子上。把打点计时器固定在桌子上。按照说明把纸带装好。按照说明把纸带装好。启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一系列的点。启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一系列的点。随后立即关闭电源。随后立即关闭电源。取下纸带，从能够看清的某个点开始，每隔取下纸带，从能够看清的某个点开始，每隔0.1 s0.1 s，即每个，即每个点取个点取个“测量点测量点”标出，标出，如图

11、，如图1-4-31-4-3所示。所示。学点学点2 用打点计时器测量瞬时速度用打点计时器测量瞬时速度电磁打点计时器和电火花计时器的结构和原理。电磁打点计时器和电火花计时器的结构和原理。练习使用打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。练习使用打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况。图图1-4-31-4-3 根据根据vx/t计算出计算出0，1，2，,5各点附近的平均速度，把各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，并记入下表中，点作为它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，并记入下表中，点作为计时起点，计时起点，t，便可看出手拉纸带运动的速度变化情况。，便可看出手拉纸带运

12、动的速度变化情况。说明说明：在使用电磁打点计时器时把纸带穿过限位孔，把复写纸片压在纸在使用电磁打点计时器时把纸带穿过限位孔，把复写纸片压在纸带上，在使用电火花计时器时，把墨粉纸盘套在纸盘轴上。带上，在使用电火花计时器时，把墨粉纸盘套在纸盘轴上。使用时，必须先通电，再拉动纸带。使用时，必须先通电，再拉动纸带。测量瞬时速度在选择测量点测量瞬时速度在选择测量点0，1，2，5时，每隔时，每隔0.1s选择一选择一个较好，方便计算；在选择位移个较好，方便计算；在选择位移x时，应包含上面这个点的一段位移。时，应包含上面这个点的一段位移。用平均速度用平均速度v=x/t代替测量点的瞬时速度，选取的代替测量点的瞬

13、时速度，选取的x越小（即越小（即t越短），平均速度越接近瞬时速度，误差越小越短），平均速度越接近瞬时速度，误差越小。【例【例2】打点计时器所用电源的频率为】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某次实验中得到的一条纸 带，用毫米刻度尺测量情况如图带，用毫米刻度尺测量情况如图1-4-4所示，纸带在所示，纸带在A、C间的平均速间的平均速 度为度为_ m/s，在，在A、D间的平均速度为间的平均速度为_ m/s,B点的瞬时速度更点的瞬时速度更 接近接近 于于_ m/s。【答案】0.17 m/s0.350.420.35图图1-4-41-4-4用同一底片对着小球运动的路径每隔用同一底

14、片对着小球运动的路径每隔0.1 s0.1 s拍一次照，得到的照片如拍一次照，得到的照片如图图1-4-51-4-5所示。求到间小球的平均速度。所示。求到间小球的平均速度。2图图1-4-51-4-5学点学点3 用图象表示速度用图象表示速度 以速度以速度v为纵轴，时间为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据用打点计时为横轴建立直角坐标系，根据用打点计时器测出的各时刻的瞬时速度值，用描点法在坐标系中描出各个点，再器测出的各时刻的瞬时速度值，用描点法在坐标系中描出各个点，再用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关用平滑的曲线将各点连接起来，就得到一条能反映速度随时间变化关系的图线，描

15、述速度系的图线，描述速度v与时间与时间t关系的图象，叫做速度关系的图象，叫做速度时间图象或时间图象或vt图象。图象。说明说明：匀速直线运动的图象是一条平行于匀速直线运动的图象是一条平行于t 轴的直线。匀速直线运动的速度轴的直线。匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化，其大小和方向都不随时间变化，其vt图象如图图象如图1-4-6（1）所示。）所示。从匀速直线运动的从匀速直线运动的v-t图象不仅可以看出速度的大小，而且可以求出图象不仅可以看出速度的大小，而且可以求出位移，据位移公式位移，据位移公式x=vt，在速度图象中就对应着边长分别为，在速度图象中就对应着边长分别为v和和t的一块矩形的一块矩

16、形面积（图（面积（图（2）中画斜线的部分）。）中画斜线的部分）。从从v-t图上可以直观地看出速度随时间的变化情况。图上可以直观地看出速度随时间的变化情况。（1）（2）图图1-4-61-4-6【例【例3】在研究物体做变速直线运动的实验中，根据实验数据算出了物】在研究物体做变速直线运动的实验中，根据实验数据算出了物 体在各不同时刻的瞬时速度如下表体在各不同时刻的瞬时速度如下表 画出物体的画出物体的vt图象。图象。若到两测量点间距离若到两测量点间距离x=5.6 cm,试求出试求出t=0.06 s时的瞬时速度。时的瞬时速度。【解析】采用描点法作出采用描点法作出v-t图象；用到间的平均速度代替图象；用到

17、间的平均速度代替t=0.06 s时的瞬时速度。时的瞬时速度。【答案】(1)(1)如图如图1-4-71-4-7所示（）所示（）56 cm/s56 cm/s图图1-4-71-4-7如图如图1-4-8所示是一条利用打点计时器打出的纸带，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，是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到的距离如图各计数点到的距离如图1-4-8所示，求出各计数点的瞬时速度并所示，求出各计数点的瞬时速度并画出速度画出速度时间图象。时间图象。3【答案答案】v1=0.195m/s v2=0.40m/s

18、 v3=0.51 m/s v4=0.69 m/s v5=0.70 m/s图图1-4-81-4-8 当电源频率低于当电源频率低于50 Hz时，实验中实际时间间隔大于时，实验中实际时间间隔大于0.02 s,数值计算时，若仍用数值计算时，若仍用0.02 s作为时间间隔来计算，实验数值比物作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大。体的实际速度偏大。1 1、电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为为50 Hz50 Hz时，振针每隔时，振针每隔0.02 s0.02 s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测在纸带上打一个点，现在用

19、此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于定物体的速度，当电源的频率低于50Hz50Hz时，数据计算仍然是按照每隔时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s0.02 s打一点来处理的，则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是打一点来处理的，则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小？为什么偏大还是偏小？为什么？2.2.平常我们见到的计时仪表如手表或电子表等，都是用指针所指刻度平常我们见到的计时仪表如手表或电子表等，都是用指针所指刻度或显示屏上的数字表示出时间，而打点计时器既没有表盘刻度，又没有显或显示屏上的数字表示出时间，而打点计时器既没有表盘刻度，又没有显示屏，它是怎样计录运动时间的？示屏，它是怎样计录运动时间的？打点计时器是利用在纸带上所打出的点计时的，由于打点打点计时器是利用在纸带上所打出的点计时的，由于打点计时器每隔相同的时间（即打点周期计时器每隔相同的时间（即打点周期T）打一次点，所以，只）打一次点，所以，只要在纸带上做出从某打点要在纸带上做出从某打点A到另一打点到另一打点B间的间隔数间的间隔数n，就可，就可以知道以知道AB的时间为的时间为t=nT。退出退出