打点计时器教案

第四讲实验：用打点计时器测速度

【第一部分】知识点分布

1.打点计时器的使用。（重点）

2.由纸带计算物体运动的瞬时速度。（重点）

3.画物体的速度—时间图象。（考点）

4.对纸带数据的处理。（难点）

5.画图象的方法。（难点）

【第二部分】高频常考知识点总结

一、仪器

1.打点计时器的认识

2.工作原理

(1)电磁打点计时器使用的是直流电还是交流电?其工作电压为多少?

(2)我国交流电的频率为50Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?

(3)打点计时器打出的纸带可以记录某段时间内的位移,能不能记录时间?

(4)说出电磁打点计时器的构造?工作原理?如图1—4—1所示。

(5)复写纸放在纸带上边还是下边?

(6)解释电火花计时器的工作原理?如图1—4—2所示,它与电磁打点计时器相比,哪一种误差小?原因是什么?

二、使用

选择一条点迹清晰的纸带,如图1—4—3所示,回答下列问题:

(1)怎样从打出的纸带中获取数据?

(2)怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？

(用纸带上两个点之间的距离除以两个点之间的时间间隔,即根据v=△x/△t，求出在任意两点间的平均速度，这里△x可以用直尺测量出两点间的距离，△t为两点间的时间间隔数与的乘积。)

图1—4—3

(3)在打出的B、C两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多少?

(4)如果纸带上的点迹分布不均，那么，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？(在纸带上相邻两点间的时间间隔均为，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度很小) 3.用打点计时器测量瞬时速度

(1)在图1—4—3中求出B、C之间的平均速度,如果要求不很精确,能否用该平均速度表示B点右边一点的瞬时速度?

(2)能否把该点的速度表示的更准确一点?

(3)如果想每隔测一次速度,应怎么办?

(4)把测量所选“测量点”在内的一段位移填入表格。

(5)引导学生求出上述“测量点”附近的平均速度。

(6)引导学生把上述的平均速度作为对应点的瞬时速度填入表格。

(7)引导学生分析表格中速度的变化情况。

4.用图象表示速度

为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。

以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。

(1)图象上每一点的意义是什么?(表示该时刻物体的瞬时速度)

(2)如要求这些点中间一个时刻的速度是多少,应怎么办?

(把这些点连接起来,在连线上与该时刻对应的点的速度就是该时刻的瞬时速度)

(3)把这些点连接起来,是什么形状?

(是折线。因速度的实际变化是比较平滑的,故要用平滑的曲线把它们连接起来)

【经典练习】

1.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，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（）

A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度

解析：从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔为.故A选项正确。用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。故B选项正确。从纸带上不能直接得到加速度、平均速度，只可以间接计算。故C、D选项错误。答案：AB 2.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50 Hz时，振针每隔 s 在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔 s打一个点来处理的．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?

解析：当电源频率低于50 Hz时，实验中实际时间间隔大于 s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用 s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大．

点评：有关实验误差的分析对学生来说是一个难点，突破方法是根据实验原理分析，同学们应该仔细体会，理解．

3.用同一底片对着小球运动的路径每隔 s拍一次照，得到的照片如图1－4－4所示．求小球的平均速度．

图1－4－4

解析：根据题意，小球从1 cm到6 cm位置，位移s＝5 cm，所用时间t＝ s，平均速度v＝s／t＝ m／s．

点评：本题初看是一新情景的题，经分析可看出本题的做法与利用打点计时器打出的纸带进行数据处理的方法一致．题目不难，学生能很快求出平均速度．所以培养学生的迁移能力是非常重要的．

4.如图1－4－5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．求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线．

解析:(1)1点是0、2间的中间时刻，求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出．0和6两个点的瞬时速度不便求出．然后画出速度一时间图线．注意相邻计数点间的时间间隔T

＝．即:v1=s,v2=s,v3=s,v4=s,v5=s。

(2) 以O点为坐标原点建立直角坐标系．

横坐标：表示时间纵坐标：表示速度

根据第一问计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图1－4－6所示．

图1－4－6

5.图1—4—7为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是……

( )

A.打点计时器接在直流电源上

B.电源电压不够大

C.电源频率不够大

D.振针压得过紧

6.甲、乙两物体的v －t 图象如图l －4－8所示，则 ………（ ） A ．甲、乙两物体都做匀速直线运动

B ．甲、乙两物体若在同一直线上，就一定会相遇

C ．甲的速率大于乙的速率

D ．甲、乙两物体即使在同一直线上，也不一定会相遇

7.某兴趣小组的同学们在做“用打点计时器测速度”的实验中，让重锤自由下落，打出

的一条纸带如图1—4—9所示，图中直尺的单位为cm ，点O 为纸带上记录到的第一点，

点A 、B 、C 、D ……依次表示点O 以后连续的各点。已知打点计时器每隔T= s 打一个点。

（1）打点计时器打下点G 时重锤的速度可用表达式v G =____________进行计算，式中各量

的意义是________________________________________________

（2）用上式计算出打下点G 时重锤的速度为v G =____________m/s

8.在“用打点计时器测速度”的实验中，某次实验中的纸带如图1－4－10所示，取O 为起点位置，每隔5个间隔为一个计数点，实验使用的电源是50 Hz 的低压交流电源，其中OA ＝ cm ，OB ＝ cm ，OD ＝ cm ．则OC 距离是________cm ，在B 计数点处的瞬时速度v 8＝________m ／s ．（图中单位为cm ）

9.下列关于使用打点计时器的说法，其中正确的是………………（ ）

A.不要在未放纸带时通电打点，每次打点完毕，应及时切断电源，切忌长时间通电使用

B.每打完一条纸带，要将复写纸调整一下，确保下一次打点清晰

C.若发现振片振幅不稳定，应调节振片螺母，以使振动稳定

D.若打出的点带尾巴或双点，则是由于打点针太长所造成的，应适当调节打点针的长度

10.利用打点计时器打出的纸带可求出……………………（ ）

A.能准确求出某点的瞬时速度

B.能粗略地求出某点的瞬时速度

C.能准确求出某位移内的平均速度

D.可利用某时段的平均速度代表某点的瞬时速度

11.下列关于打点计时器的说法中正确的是 …………………………（ ）

A ．打点计时器使用低压直流电源

B ．打点计时器使用低压交流电源

C ．使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 s

D ．使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 s

12.使用打点计时器时应注意 ………………………………………（ ）

A ．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面

B ．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带

C ．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行

D ．使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上

13.甲和乙两个物体在同一直线上运动, 它们的v －t 图像分别如图1—4—11中的a 和b 所示. 在t 1时刻…………………………………………( )

A.它们的运动方向相同

图1—4—7 图1—4—9

图1—4—8 图1—4—10 图1—4—11

B.它们的运动方向相反

C. 甲的速度比乙的速度大

D. 乙的速度比甲的速度大

14.如图1－4－12所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动 ……………………………………………………………………（ ）

A B

C D

图1－4－12

15.电磁打点计时器的电源应是________电源，通常的工作电压为________伏，实验室使用我国民用电时，每隔________秒打一次点，如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。

16..如图1－4－13所示是一条利用打点计时器打出的纸带，求A 点的瞬时速度．

图1－4－13

17.如图1－4－14所示是用纸带拖动小车用打点计时器测定速度打出的一条纸带．A 、B 、C 、D 、E 为我们在纸带上所选的记数点．相邻计数点间的时间间隔为 s ．试求：打点计时器打下B 、C 、D 各点时小车的即时速度．

图1－4－14

18.利用打点计时器研究一个约1. 4高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘

在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图

1—4—15所示，数据如表格所示。纸带中AB 、BC 、CD ……每两点之间的时间间隔为，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度V 平均。可以将V 平均近似地作为该

间距中间时刻的即时速度V 。

（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的V-t 图线。

（2）AK 段的平均速度为 m/s 。

六、课堂训练及跟踪练习答案

课堂训练参考答案:

;;3.(1)T

FH v G 2 ，FH 表示F 、H 两点间的距离,v G = m/s;4. ,。 跟踪练习参考答案:

;;;;;;7.低压交流，4～6,秒，;s;

=s,v C =s,v D =s;10.（1）如图1—4—16所示,(2)V AK =s 。

【课后作业】

1．运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列小点，打点计时器打下的点直接记录了（ ）

A ．物体运动的时间

B ．物体在不同时刻的位置

C ．物体在不同时刻的速度

D ．物体在不同时间内的位移

2．手拖动纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点，测出这6个点的第1点到第6点的距离为18cm ，则（ ） A ．手运动的平均速度为s B ．手运动的平均速度为s

C ．手运动的平均速度为s

D ．手运动的平均速度为180m/s

3．如图1－5所示，是某人练习使用打点计时器得到的纸带，纸带的右端后通过打点计时器．从点痕的分布情况可以断定纸带的运动情况是 ．若所用电源频率为图1—4—15

50Hz ，从打下A 点到打下D 点，共13点，历时 s ，位移为 m ，这段时间内纸带运动的平均速度是 m/s ．BD 段的平均速度是 m/s ． 4．某组学生研究小车从斜面上滑下实验，得到如图1－6所示的纸带，纸带上的计数点用O 、A 、B 、C 、D 、E 表示．根据图上数据，可判断小车做什么运动？小车经过B 点时

的速度是_______cm/s ，小车经过D 点时的速度是_______cm/s(相邻计数点间的时间间

隔为

5．有的同学怕下雨天的电闪雷鸣，其实看到闪电与听到雷声的时间差较大时，说明它离

我们较远．假设闪电与雷鸣的时间差为t ?，试着计算一下雷电发生地的距离．

6．图1－7是某同学用打点计时器研究某物体运动规律时得到的一条纸带．根据图中的

质．

7．电火花打点计时器使用交流 V 电源工作，它是利用 在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器．工作电源频率是50Hz ，如果用它测量时，实

验者不知工作电压的频率变为60Hz ，仍按50Hz 的频率计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比是 （填“偏大”或“偏小”）．8．使用电磁打点计时器时，纸带应穿过 ，复写纸片应套在 上，并要放在纸带的 面；打点时应 接通电源，

释放纸带．根据图1－3所示的打点计时器构造图，指出各主要部件的名称：①____，②____，③____，④____，⑤____，⑥____，⑦____，⑧____，⑨____

9．某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz ，

纸带的记录如图1－4所示,图中O 点为纸带的第一个点，

接下来的前几个点模糊,因此从A 点开始每打五个点取一

个计数点,推测纸带的运动是加速还是减速？在打出A 、

F 这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是多大？

B 点的瞬时速度为多大？

1． B 、D

2． C 3．减速运动，，×10-2m ，s ，s 4．加速运动，65cm/s ，s

5．t v ? 解析：设闪电速度为光速C ，雷鸣速度为声速v ，雷电发生地的距离为x

则有t C

x v x ?=- 因光速远大于声速，可近似认为t v x ?=

6．物体在AB 段、BC 段、CD 段和DE 段的平均速度大小分别是s 、60cm/s 、60cm/s 、s ，物体运动的性质是先加速，后匀速．

解析：AB 段的平均速度为s cm s cm v /0.19/1

.090.11== BC 段的平均速度为s cm s cm v /60/04.040.22== A B C D 图1－5 A B C D E O 0 10 20 30 40 cm A B C D E cm 图1－7

O A B C D E F G 单位:cm

图1－4

图1－3

CD 段的平均速度为s cm s cm v /60/02

.020.13==

DE 段的平均速度为s cm s cm v /5.59/04.038.24== 在误差范围内，可认为s cm v /604=，则物体先加速，后匀速．

7．220，电火花，偏小

8．限位孔，定位轴，上，先，后；①接线柱②线圈③振片④永久磁铁⑤振针⑥限位孔⑦复写纸⑧定位轴⑨纸带

9．从A 点开始每打五个点取一个计数点，计数点间只有5个间隔，则计数点间运动的总时间为t =×5s=，每隔纸带运动的位移分别是、、、、，说明纸带作加速运动．

A 、F 间纸带运动的平均速度为s cm t x v /50.365

1.030.155.19=?-=??= B 点的瞬时速度可以用AC 、AD 、AE 或AF 段的平均速度表示，其中AC 段的平均速度最接近B 点瞬时速度．