《实验：用打点计时器测速度》课件.ppt

1.4 1.4 用打点计时器测速度用打点计时器测速度思思考考日常生活中的计时工具有哪些日常生活中的计时工具有哪些? ?手表、机械钟、、电脑、秒表手表、机械钟、、电脑、秒表………打点计时器打点计时器两种打点计时器两种打点计时器电磁打点计时器电磁打点计时器电火花计时器电火花计时器一一、、电电磁磁打打点点计计时时器器电磁打点计时器的构造电磁打点计时器的构造（课本（课本P19图图1.4—1））1、电磁打点计时器构造、电磁打点计时器构造2 2．工作原理．工作原理 电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器．当接电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器．当接在在10 V10 V以下以下( (一般保证在一般保证在4 V4 V以上以上) )的低压交流电源上时，线圈的磁场方向周的低压交流电源上时，线圈的磁场方向周期性改变，圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片期性改变，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，振针就在纸带上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迹．振片的振动周期与电源的电流变化周期一致，当电源频打出一系列点迹．振片的振动周期与电源的电流变化周期一致，当电源频率为率为50 Hz50 Hz时，它每隔时，它每隔0.02 s0.02 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为间间隔为0.02 s.0.02 s.江苏泰州二中花洪平江苏泰州二中花洪平问：电磁打点计时器可以用直流电源吗？问：电磁打点计时器可以用直流电源吗？答：不可以，因为用直流电源振片不会上下振动。

答：不可以，因为用直流电源振片不会上下振动问：交流电频率问：交流电频率f=50Hzf=50Hz，则每相邻两点间时间间隔？，则每相邻两点间时间间隔？ 答：答：T T　＝　１／　＝　１／f f　＝　　＝　0.02s 0.02s 问：可不可以用问：可不可以用100100赫的交流电？赫的交流电？答：可以答：可以如果可以那么相邻两点之间的时间间隔为多少？如果可以那么相邻两点之间的时间间隔为多少？ T T　＝　１／　＝　１／f f　＝　　＝　0.01s0.01s工作电压为：交工作电压为：交流电流电4V—6V二二、、电电火火花花计计时时器器电火花计时器的构造电火花计时器的构造（课本（课本P20图图1.4-20））1、电火花计时器、电火花计时器构造：构造：尖端放电尖端放电尖端放电尖端放电2 2、电火花打点计时器：它是利用火花放电在纸带、电火花打点计时器：它是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器．当接通上打出点迹的计时仪器．当接通220 V220 V交流电源，按交流电源，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，产生火极的放电针、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．当电源频率为电源频率为50 Hz50 Hz时，它也是每隔时，它也是每隔0.02 s0.02 s打一次点，打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 0.02 s.s.3、工作电压：交流电、工作电压：交流电220V三、打点计时器的作用三、打点计时器的作用 （（1 1）测时间）测时间 ( (电源频率电源频率50Hz50Hz，每隔，每隔0.020.02秒打一个点秒打一个点) ) （（2 2）测位移）测位移 （（3 3）研究纸带）研究纸带 → → 研究物体运动研究物体运动四四、、共共同同点点与与区区别别电火花计时器与电磁打点计时器的共同点与区别电火花计时器与电磁打点计时器的共同点与区别1.打点方式不同：打点方式不同：电磁打点计时器：电磁打点计时器：利用振动的振针打点利用振动的振针打点电火花计时器：电火花计时器：利用火花放电打点利用火花放电打点3.振针打点时与纸带接触，会对纸带产生阻碍振针打点时与纸带接触，会对纸带产生阻碍作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动电磁打点计时器：电磁打点计时器：10V以下交流电以下交流电4—6v电火花计时器：电火花计时器：220V交流电交流电2.电源电压不同：电源电压不同：打点频率相同打点频率相同　　　　类型型电磁打点磁打点计时器器电火花打点火花打点计时器器所用所用电源源4 4～～6 V6 V低低压交流交流220 V220 V交流交流打点方式打点方式振振针打点打点电火花打点火花打点时间间隔隔每隔每隔0.02 s0.02 s打一次点打一次点每隔每隔0.02 s0.02 s打一次点打一次点实验误差差振振针和和纸带接触会影响接触会影响纸带运运动，，误差差较大大火花放火花放电不会影响不会影响纸带运运动，，误差差较小小五五、、练练习习使使用用打打点点计计时时器器打点计时器的使用打点计时器的使用1.把打点计时器固定在桌子上。

把打点计时器固定在桌子上2.按说明正确安装纸带按说明正确安装纸带3.启动电源，用手水平拉动纸带启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上打出一系列的，纸带上打出一系列的点，点，随后立即关闭电源随后立即关闭电源先开电源，后拉纸带）先开电源，后拉纸带）4.取下纸带，从能够看清的某个点开始，向后数若干点，取下纸带，从能够看清的某个点开始，向后数若干点，如果数出如果数出n个点，这些点所对应的时间为个点，这些点所对应的时间为 秒5.用刻度尺量出第一个点到第用刻度尺量出第一个点到第n个点的距离个点的距离0.02(n-1)利用公式利用公式 v = △ △x /△ △t 可求出第可求出第一个点到第一个点到第n个点的平均速度个点的平均速度A表表1 纸带在几段时间中的位移和平均速度纸带在几段时间中的位移和平均速度123456 表表2 纸带在几个时刻的瞬时速度纸带在几个时刻的瞬时速度位置位置0123451、计算变速直线运动中某段的平均速度、计算变速直线运动中某段的平均速度0 A B C D EX1X2X3X4X5XⅠⅠXⅡⅡXⅢXⅣXⅤ　　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图图4－－3　　　　3、用、用v－－t图象分析实验数据图象分析实验数据　　　　 （（1））v－－t图象图象　　　　在在平平面面直直角角坐坐标标系系中中，，用用纵纵轴轴表表示示速速度度，，横横轴轴表表示示时时间间，，图图象象中中的的任任一一点点表表示示某某时时刻刻的的速速度度，，得得到到速速度度－－时时间间图图象象(v－－t图象图象)，简称速度图象．，简称速度图象．　　（　　（2））v－－t图象的意义图象的意义　　　　v－－t图图象象反反映映的的是是速速度度随随时时间间的的变变化化关关系系，，它它并并不不是是物物体的运动轨迹．体的运动轨迹．（3）用图像表示速度•A、图像特点：直观•B、常用作图法• （1）描点作图• （2）据函数关系式作图•C、作图步骤• （1）建系 （2）描点 （3）作图　　　　用用v－－t图象描述纸带的运动图象描述纸带的运动　　　　以以速速度度v为为纵纵轴轴，，时时间间t为为横横轴轴，，建建立立直直角角坐坐标标系系．．用用各各点点迹迹上上对对应应的的时时间间和和瞬瞬时时速速度度描描点点，，用用一一条条平平滑滑的的曲曲线线将将这这些些点点连连接接起起来来，，即即可可用用v－－t图图象象分分析析速速度度随随时时间间的的变变化化规规律律．．是折线，还是曲线（拟合）？？？　　　　4．匀速直线运动的．匀速直线运动的v－－t图象图象　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图图4－－4　　　　(1)匀匀速速直直线线运运动动的的v－－t图图象象是是与与时时间间轴轴平平行行的的直直线线，，如如图图4－－4所示．所示．　　　　(2)速速度度不不同同的的匀匀速速直直线线运运动动的的v－－t图图象象，，是是不不同同的的平平行行于于时时间间t轴轴的的直直线线，，它它们们纵纵轴轴的的截截距距表表示示速速度度，，截截距距越越大大，，表表示速度越大，如图示速度越大，如图4－－4中，中，va＞＞vb.　　　　(3)匀匀速速直直线线运运动动的的图图线线与与时时间间轴轴所所围围的的面面积积表表示示该该时时间间内内物物体体的的位位移移．．图图4－－4中中的的阴阴影影部部分分面面积积S＝＝va·t，，va·t恰恰是是a物体在物体在t时间内的位移，即时间内的位移，即S＝＝x＝＝vat.　　　　小小结结1.电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。

动物体在一定时间间隔内位移的仪器2.v-t 图象：表示做直线运动物体的速度随时图象：表示做直线运动物体的速度随时间的变化的规律间的变化的规律　　　　方法指导方法指导　　　　一、纸带的处理方法一、纸带的处理方法　　　　例例1 打打点点计计时时器器所所用用电电源源的的频频率率为为50 Hz，，某某次次实实验验中中得得到到的的一一条条纸纸带带，，用用毫毫米米刻刻度度尺尺测测量量的的情情况况如如图图4－－5所所示示，，纸纸带带在在A、、C间间的的平平均均速速度度为为________m/s，，在在A、、D间间的的平平均均速速度为度为________m/s，，B点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于________m/s.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图图4－－5　　　　　　　　解解析析 由由题题意意知知，，相相邻邻两两点点间间的的时时间间间间隔隔为为0.02 s，，A、、C间间的的距距离离为为14 mm＝＝0.014 m，，A、、D间间的的距距离离为为25 mm＝＝0.025 m.　　由公式　　由公式v＝得，＝得，vAC＝＝ m/s＝＝0.35 m/s　　　　vAD＝＝ m/s≈0.42 m/s　　　　B点的瞬时速度更接近于点的瞬时速度更接近于0.35 m/s.　　　　答案答案 0.35　　0.42　　0.35　　　　点点评评 求求某某点点瞬瞬时时速速度度时时，，我我们们应应取取此此点点两两侧侧靠靠近近此此点点的的两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好．两点间的平均速度，但这两点并不是靠得越近越好．　　　　　　　　二、实验误差分析二、实验误差分析　　　　例例2 某某同同学学在在用用打打点点计计时时器器做做实实验验时时，，得得到到的的纸纸带带如如图图4－－6所示，这可能是因为所示，这可能是因为(　　　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图图4－－6　　　　A．打点计时器错接在直流电源上．打点计时器错接在直流电源上　　　　B．电源的电压不稳．电源的电压不稳　　　　C．电源的频率不稳．电源的频率不稳　　　　D．振针压得过紧．振针压得过紧　　　　解解析析 正正常常情情况况下下，，振振针针应应该该恰恰好好敲敲打打在在限限位位板板上上，，这这样样在在纸纸带带上上才才能能留留下下点点．．当当振振针针与与复复写写纸纸的的距距离离过过大大时时，，振振针针可可能能打打不不到到复复写写纸纸，，这这时时会会出出现现有有时时有有点点，，有有时时无无点点．．当当振振针针与与复复写写纸纸的的距距离离过过小小时时，，振振针针就就会会有有较较长长的的时时间间与与复复写写纸纸接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段．接触，这样就会在复写纸上留下一段一段的小线段．　　　　答案答案 D　　　　三、三、v－－t图象的应用图象的应用　　　　例例3 图图4－－7是是甲甲、、乙乙两两物物体体运运动动的的速速度度图图象象，，下下列列说说法法正确的是正确的是(　　　　)图图4－－7　　　　A．物体甲处于静止状态．物体甲处于静止状态　　　　B．物体乙刚开始时以．物体乙刚开始时以5 m/s的速度与甲物体同向运动的速度与甲物体同向运动　　　　C．物体乙在最初．物体乙在最初3 s内的位移是内的位移是10 m　　　　D．物体乙在最初．物体乙在最初3 s内的路程是内的路程是10 m　　　　　　　　解解析析 甲甲速速度度图图象象是是平平行行于于t轴轴的的直直线线，，因因此此甲甲做做匀匀速速直直线线运运动动，，选选项项A错错误误；；乙乙物物体体在在第第1 s内内向向正正方方向向做做速速率率为为5 m/s的的匀匀速速直直线线运运动动，，第第2 s内内静静止止，，第第3 s内内沿沿负负方方向向做做速速率率为为5 m/s的的匀匀速速直直线线运运动动，，故故选选项项B正正确确；；乙乙在在第第1 s内内的的位位移移x1＝＝v1t1＝＝5 m，，在在第第2 s内内的的位位移移x2＝＝0，，在在第第3 s内内的的位位移移x3＝＝v3t3＝＝－－5 m，，所所以以物物体体乙乙在在最最初初3 s内内的的位位移移x＝＝x1＋＋x2＋＋x3＝＝0，，故故选选项项C错错误误；；物物体体乙乙在在最最初初3 s内内的的路路程程l＝＝|x1|＋＋|x2|＋＋|x3|＝＝10 m，故选项，故选项D正确．正确．　　　　答案答案 BD　　　　同步达标同步达标　　　　一一、、选选择择题题( (本本题题共共6 6小小题题，，每每小小题题5 5分分，，共共3030分分，，每每题题至至少有一个选项是正确的少有一个选项是正确的) )　　　　1．在使用打点计时器时应．在使用打点计时器时应(　　　　)　　　　A．先接通电源，再使纸带运动．先接通电源，再使纸带运动　　　　B．先使纸带运动，再接通电源．先使纸带运动，再接通电源　　　　C．在使纸带运动的同时接通电源．在使纸带运动的同时接通电源　　　　D．先使纸带运动或先接通电源都可以．先使纸带运动或先接通电源都可以　　　　答案答案 A　　　　2．下列说法正确的是．下列说法正确的是(　　　　)　　　　A．电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样．电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样　　　　B．．电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器外外接接的的交交流流电电压压一一样样　　　　C．．电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器外外接接的的交交流流电电频频率率是一样的是一样的　　　　D．．电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔都都是是0.02 s　　　　解解析析 电电磁磁打打点点计计时时器器和和电电火火花花打打点点计计时时器器原原理理和和使使用用方方法法基基本本一一样样，，所所接接交交流流电电压压不不同同，，电电磁磁打打点点计计时时器器的的工工作作电电压为压为4 V～～6 V，电火花计时器外接的电压为，电火花计时器外接的电压为220 V.　　　　答案答案 ACD　　　　3．．运运动动物物体体拉拉动动穿穿过过打打点点计计时时器器的的纸纸带带，，纸纸带带上上打打下下一一列小点，打点计时器打下的点直接记录了列小点，打点计时器打下的点直接记录了(　　　　)　　　　A．物体运动的时间．物体运动的时间　　　　B．物体在不同时刻的位置．物体在不同时刻的位置　　　　C．物体在相同时间内的距离．物体在相同时间内的距离　　　　D．物体在不同时间内的位移．物体在不同时间内的位移　　　　解解析析 因因为为打打点点计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔都都是是0.02 s，，所所以以只只要要数数出出纸纸带带上上所所打打的的点点数数，，用用t＝＝0.02 s×(n－－1)可可以以计计算算出出物物体体运运动动的的时时间间，，选选项项A正正确确．．打打点点计计时时器器每每打打一一个个点点与与一一个个时时刻刻对对应应，，因因此此，，打打点点计计时时器器直直接接记记录录物物体体在在不不同同时时刻刻所所在在的的位位置置，，选选项项B正正确确．．每每两两个个相相邻邻时时间间间间隔隔一一定定是是0.02 s，，但但这这里里的的相相同同时时间间可可以以是是任任意意相相同同时时间间．．只只要要测测量量间间隔隔相相同同点点数数的的点点迹迹之之间间的的距距离离就就可可以以了了，，但但是是相相同同的的时时间间内内的的距距离离不一定是相同的．而物体不一定是相同的．而物体　　　　在在不不同同时时间间内内的的位位移移，，只只要要经经过过再再一一次次测测量量与与该该时时间间段段对对应应的的一一段段位位移移就就可可以以知知道道，，所所以以打打下下的的点点也也直直接接记记录录了了物物体在不同时间内的位移，选项体在不同时间内的位移，选项D D正确．正确．　　　　答案答案 ABD　　　　4．．打打点点计计时时器器所所用用的的电电源源是是50 Hz的的交交流流电电，，其其相相邻邻点点间间的的时时间间间间隔隔是是T，，若若纸纸带带上上共共打打出出N个个点点，，该该纸纸带带上上记记录录的的时间为时间为t，则，则(　　　　)　　　　A．．T＝＝0.1 s，，t＝＝NT　　　　B．．T＝＝0.05 s，，t＝＝(N－－1)T　　　　C．．T＝＝0.02 s，，t＝＝(N－－1)T　　　　D．．T＝＝0.02 s，，t＝＝NT　　　　　　　　答案答案　　 C　　　　5．．我我国国使使用用的的交交流流电电的的频频率率是是50 Hz，，而而美美国国使使用用的的交交流流电电的的频频率率为为60 Hz，，同同样样的的纸纸带带实实验验，，纸纸带带长长度度、、拉拉动动纸纸带带的的速速度度完完全全相相同同，，在在我我国国和和美美国国两两地地区区所所得得到到的的纸纸带带上上被被打打点的个数点的个数(　　　　)　　　　A．一样多　　　　　　．一样多　　　　　　B．在美国多．在美国多　　　　C．在我国多．在我国多 　　　　　　　　 D．不能确定．不能确定　　　　解解析析 长长度度、、拉拉动动速速度度完完全全相相同同的的纸纸带带运运动动的的时时间间出出相相同同，，频率越高，周期越小，打下的点个数就越多．频率越高，周期越小，打下的点个数就越多．　　　　答案答案 B　　　　6．．若若一一质质点点从从t=0开开始始由由原原点点出出发发，，其其v-t图图象象如如图图所所示示，，则该质点则该质点(　　　　)　　　　A．当．当t＝＝1 s时，离原点最远时，离原点最远　　　　B．当．当t＝＝2 s时，离原点最远时，离原点最远　　　　C．当．当t＝＝3 s时，回到原点时，回到原点　　　　D．当．当t＝＝1 s时，回到原点时，回到原点　　　　解解析析 这这是是一一个个速速度度－－时时间间图图象象，，故故曲曲线线与与t轴轴所所夹夹面面积积表表示位移大小，所以示位移大小，所以2 s末离原点最远，末离原点最远，4 s末回到原点．末回到原点．　　　　答案答案 BD　　　　二、填空题二、填空题(9分分)　　　　7．．用用接接在在50 Hz交交流流电电源源上上的的打打点点计计时时器器测测定定小小车车的的运运动动情情况况．．某某次次实实验验中中得得到到一一条条纸纸带带如如图图所所示示，，从从比比较较清清晰晰的的点点起起，，每每5个个打打印印点点取取一一个个计计数数点点，，分分别别标标明明0、、1、、2、、3、、…量量得得0与与1两两点点间间的的距距离离x1=30 mm，，2与与3两两点点间间的的距距离离x2=48 mm，，则则小小车车在在0与与1两两点点间间的的平平均均速速度度为为v1=　　　　　　　　m/s，，在在2与与3两两点点间间的的平平均均速速度度v2=　　　　　　　　m/s.据据此此可可判判定定小小车车做做_____运动．运动．　　答案　　答案 0.3　　0.48　加速　加速　　　三、计算题　三、计算题(11(11分分) )　　　　8．．利利用用速速度度传传感感器器与与计计算算机机结结合合，，可可以以自自动动作作出出物物体体运运动动的的图图象象．．某某同同学学在在一一次次实实验验中中得得到到运运动动小小车车的的v-t图图象象如如图图所示，请据此回答：所示，请据此回答：　　　　(1)小车做什么样的运动？小车做什么样的运动？　　　　(2)小车运动的最大速度约为多少？小车运动的最大速度约为多少？　　　　(3)小车运动的最大位移约为多少？小车运动的最大位移约为多少？　　　　　　　　解解析析 由由图图象象可可知知，，在在0～～8 s时时间间内内小小车车做做加加速速运运动动，，在在8～～14 s时时间间内内小小车车做做减减速速运运动动．．图图线线的的最最大大纵纵坐坐标标表表示示小小车车运运动动的的最最大大速速度度，，约约为为0.8 m/s.曲曲线线与与横横坐坐标标轴轴(时时间间)所所包包围围的的“面面积积”表表示示小小车车运运动动的的最最大大位位移移，，通通过过割割补补法法处处理理可可得得，，约为约为8.3 m.　　　　。