讲义 - 打点计时器.doc

中小学 1 对 1 课外专家龙文教育·教务管理部1龙文教育学科教师讲义龙文教育学科教师讲义教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段一、打点计时器：一、打点计时器：1、打点计时器的原理构造（如图）实验原理：（1）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，当通过 4—6V 低压交流电 时，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 ，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为 50Hz 时，它每隔 0.02s 打一点，即打出的纸 带上每相邻两点间的时间间隔为 0.02s （2）电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器当接通 220V 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 50Hz 时，它也是每隔 0.02s 打一次点，即打出的纸带上每 相邻两点间的时间间隔也是 0.02s。

电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁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 2、带分析物体的运动情况并能计算平均速度 （1）在纸带上相邻两点间的时间间隔均为 0.02s（电源频率为 50Hz） ，所以点迹密集的地方表示纸带运动的 速度很小 （2）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 0.02s 的乘积这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度 3、粗略计算瞬时速度 某点 E 的瞬时速度可以粗略地由包含 E 点在内的两点间的平均速度来表示如图 1.4-1，vE≈vDG，或 vE=vDF 说明：在粗略计算 E 点的瞬时速度时，可利用公式 v=△x/△t 来求解，但须注意的是，如果取离 E 点越接近 的两点来求平均速度，这个平均速度越接近 E 点的瞬时速度，但是距离太小会使测量误差增大，应该根据实际 情况选取这两个点 4、v-t 图象与其画法 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。

课课 题题打点计时器打点计时器中小学 1 对 1 课外专家龙文教育·教务管理部2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 5、实验器材 电磁打点计时器（或电火花计时器）及纸带、刻度尺、电源、导线等 6、注意事项 （1）电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用 10V 以下的交流电源；电火花计时器要使用 220V 交流 电源 （2）实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材 （3）使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定后再用手拉纸带 （4）手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集二、基础1. 打点计时器有什么用途？打点计时器有什么用途？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，让打点计时器在纸带上打出一系列的点，纸 带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移因此，打点计时器是一种记录物体在一定时间间隔内 位移的仪器 2. 打点计时器的工作原理打点计时器的工作原理 中学物理实验室中常用的打点计时器分为两种——电磁打点计时器和电火花计时器。

电磁打点计时器中有一个线圈，振片就插在其中（参阅教材图 1.4－1） 当线圈接上交流电源时，振片就被 反复磁化，一会儿相当于磁铁的 N 极，一会儿又相对 当于磁铁的 S 极这样，在永久磁铁(极性不变)的作用下， 振片便振动起来，带动其上的振针上下振动而打点 电火花计时器则是通过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 （参阅教材图 1.4－2） ，电火花将墨粉盘上的墨粉蒸发到纸盘上，从而打出一系列的点 3. 如何安装纸带？如何安装纸带？ 使用电磁打点计时器在纸带上打点，安装纸带的方法是：将纸带穿过限位框，从复写纸下穿过压纸框，再 次另一侧限位孔穿出即可 使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种：一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨 粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡，打过一条纸带 后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带另一种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带 的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较 重墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用。

用一条纸带打点时，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较 小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大 4. 如何在纸带上打点？如何在纸带上打点？ 电磁打点计时器需接 4V~6V 的交流电源，开启电源让打点计时器工作（从交流 4V 开始，观察振片振动情 况，若振片振幅过小，再升高电压至 6V） ，待 1s~2s 让振片振动稳定后再拖动纸带打出点来 电火花计时器可直接连接 220V 的交流电源，按下脉冲输出开关，即可在纸带上打点 不管是哪一种打点计时器，当电源频率是 50Hz 时，打点的时间间隔都是 0.02s 因打点计时器是按间歇工作设计的，打完点后应立即关闭电源，以避免仪器过热而损坏 5. 用打点计时器测量平均速度用打点计时器测量平均速度为了测量打点计时器在打出某两个点的时间间隔中纸带运动的平均速度，可以用毫米刻度尺量出这两点间 的距离△x（注意测量值应估读到 0.1mm） ，数出这两点间点迹的间隔数 n，则打这两点的时间间隔△t=0.02ns（如有 5 个点迹间隔时，△t=0.1s） ，即可由算出平均速度txv6. 用打点计时器测量瞬时速度用打点计时器测量瞬时速度中小学 1 对 1 课外专家龙文教育·教务管理部3为了测量打点计时器在打出某个点时纸带运动的瞬时速度，可以测量包括该点在内的两点间的平均速度， 用来代替瞬时速度。

这两点离该点越均速度越接近该点的瞬时速度然而，两点距离过小则测量误差增 大，须根据实际情况选取这两个点 7. 如何描绘速度如何描绘速度——时间图象？时间图象？ 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，根据每隔 0.1s 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，就得到了描述纸带运动的速度—时间图象（v－t 图象） ，简称速度图 象 运用图象可以更直观地反映变化的规律 8. 对对““说一说说一说””问题的讨论问题的讨论本节教材“说一说”栏目提出了百米赛跑的 v－t 图象问题百米赛跑时运动员的速度是有变化的，运动员 从静止开始，速度很快增大，冲刺阶段的速度达到最大没有受过训练的同学跑百米，他在起始阶段速度增大 的过程要长些，最大速度也比不过运动员，到终点时速度还可能有下降趋势，v－t 图象的形状是不同的发展级9. 在纸带上打不出点怎么办？在纸带上打不出点怎么办？在纸带上打不出点或点迹颜色过淡情况下，纠正的对策大致有三种：电源电压较低（4V）时，可适当调高； 调整复写纸位置，或更换复写纸；调整打点计时器 10. 如何调整打点计时器？如何调整打点计时器？ 如打不出点时，首先要检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振片，振针打不到纸带上。

可将压纸框向下 压恢复其原来位置这种情况一般是由于操作不当引起的 检查打点计时器是否工作正常的方法是，将计时器接在 4V~6V 交流电源上，将纸带穿过计时器，开启电源 后观察振针是否在纸带上打出印记若没有打出印记，可能有两种情况： （1）说明振片没有工作在共振状态下可拧松螺钉，适当调整振片位置，紧固后观察振幅，若达到或接近 共振状态即可正常工作 （2）如果振片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直至打出点为止若振针向下调节过长，则振针 打点的声音过大，且易出现短横线或双点，调节时要仔细 11. 从位移图象求速度从位移图象求速度在如图 1－22 所示的匀速直线运动的位移图象中，比值越大，直线tx OP 就越陡所以我们把叫做直线的斜率比值是匀速直tx  tx 线运动的速度 v所以，在匀速直线运动中，位移图象的斜率等于运动的速度在同一个坐标平 面上，斜率越大，即直线越陡，表示速度越大 12. 对对““做一做做一做””原理的提示原理的提示 本节教材的“做一做”栏目介绍了两种运动传感器，一种是利用了对红外线、 超声波的发射和接收，另一种则是单纯利用了对超声波的发射和接收，均把物体 运动的位移、时间转换成电信号，经过计算机的运算，显示物体运动的速度，甚至自动绘出运动的 v－t 图象。

认真读一下教材图 1.4-7 和 1.4-9，对于了解这两种传感器测速度的原理很有必要，有条件的话请动手测一测 气垫导轨和数字计时器气垫导轨和数字计时器 气垫导轨(参阅教材图 1.4-10)通过从小孔喷出的气体，在滑块与导轨间形成气垫，大大减小了滑块运动的阻 力，可提高实验的精确度 数字计时器通过光源、感光器和滑块上所装遮光条的相互配合（参阅教材图 1.4-11） ，让电子电路自动记录 遮光时间，通过数码屏显示出来根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度严格地讲，这 样测得的速度是滑块经过时的平均速度，但由于滑块经过时间很短，可以将这一平均速度代表滑块到达光束处 的瞬时速度Oxt图 1－22△x△tP中小学 1 对 1 课外专家龙文教育·教务管理部4应用链接应用链接 本节课的应用主要涉及打点计时器的使用和平均速度、瞬时速度的测定三、基础级例例 1 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 提示提示 从打点计时器的用途出发对选项进行筛选。

解析解析 打点计时器每隔一定的时间（当电源频率为 50Hz 时，打点的时间间隔为 0.02s）打下一个点，因而 点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；点迹的分布情况反映了物 体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状正确选项为 A、B、D 点悟点悟 熟悉物理仪器的用途，是做好物理实验的前提打点计时器并不是测量长度的仪器，不要产生误解例例 2 通过打点计时器得到的一条打点纸带上，如果点子的分布不均匀，那么是点子密集的地方纸带运动速 度比较大，还是点子稀疏的地方纸带运动速度比较大？为什么？提示提示 根据平均速度公式进行讨论txv解析解析 打点计时器打点的时间间隔△t 保持不变，点子稀疏的地方△x 大，从而纸带的运动速度比较大 点悟点悟 对实验现象进行仔细的观察，经过认真思考和理论分析，得出正确结论，这是每个学生必须具备的 基本实验素质 例例 3 某次打点计时器在纸带上依次打出 A、B、C、D、E、F 等一系列的点，测得距离 AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。

通过计算说明在打 A、F 点的时间间隔内，纸带是否做匀速 直线运动如果是，则求速度；如果不是，则求平均速度已知打点时间间隔为 0.02s 提示提示 计算距离 AB、BC、CD、DE、EF 是否相等 解析解析 AB=1。