打点计时器的应用.ppt

授课人授课人:广州市真光中学广州市真光中学       张伟蓉张伟蓉打点计时器的功能作用打点计时器的功能作用打打点点计计时时器器是是一一种种使使用用交交流流电电源源的的计计时时仪仪器器，，它它每每隔隔0.02s打打一一次次点点（（电电源源频频率率是是50Hz）），，因因此此纸纸带带上上的的点点表表示示了了和和纸纸带带相相连连的的运运动动物物体体在在不不同同时时刻刻的的位位置置，，研研究究纸纸带带上上点点子子之之间间的的距距离离，，就就可可以以了了解解在在不不同同的的时时间间里里，，物物体体发发生生的的位位移移和和速速度度的的大大小小及及其其变化，进而了解物体的运动情况变化，进而了解物体的运动情况 打点计时器在中学物理中能做哪些实验？做这打点计时器在中学物理中能做哪些实验？做这些实验的原理是什么？实验时应注意哪些问题些实验的原理是什么？实验时应注意哪些问题？？1、、“判断物体是否做匀速直线运动判断物体是否做匀速直线运动”、、 “研研究匀变速直线运动究匀变速直线运动”、、 ①①由纸带判断物体做匀速直线运动、匀变速由纸带判断物体做匀速直线运动、匀变速直线运动的方法直线运动的方法0、、1、、2…为时间间隔相等的各计数点，为时间间隔相等的各计数点，s1、、s2、、s3、、…为相邻两计数点间的距离为相邻两计数点间的距离,若任意若任意相等时间间隔的位移相等，则与纸带相连的相等时间间隔的位移相等，则与纸带相连的物体的运动为匀速直线运动；若物体的运动为匀速直线运动；若△△s=s2-s1=s3-s2=…=恒量，即若连续相等的时间间隔恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

运动为匀变速直线运动②②由纸带求物体运动加速度的方法：由纸带求物体运动加速度的方法：（（1））用用“逐逐差差法法”求求加加速速度度：：即即根根据据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出为相邻两计数点间的时间间隔）求出再算出再算出a1、、a2、、a3的平均值即为物体运动的加速度的平均值即为物体运动的加速度2）用）用v-t图法：图法： 即先根据即先根据求出打第求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出点时纸带的瞬时速度，后作出v-t图线，图线，图线的斜率即为物体运动的加速度图线的斜率即为物体运动的加速度实验原理实验原理: :2、、 验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律1．．如如图图所所示示装装置置，，保保持持小小车车质质量量M不不变变，，改改变变小小桶桶内内砂砂的的质质量量m，，从从而而改改变变细细线线对对小小车车的的牵牵引引力力F(当当m<

力成正比mM打点计时器打点计时器纸带纸带2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码砝码, 改变小车的质量改变小车的质量M，，测出小车的对应测出小车的对应加速度加速度a, 由多组由多组a、、M数据作出加速度和质量数据作出加速度和质量倒数的关系倒数的关系a-M-1图线图线, 验证加速度是否与质验证加速度是否与质量成反比量成反比注意事项注意事项: :1．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总质量2．．在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时，，不不要要悬悬挂挂小小桶桶，，但但小小车车应应连连着着纸纸带带且且接接通通电电源源用用手手给给小小车车一一个个初初速速度度，，如如果果在在纸纸带带上上打打出出的的点点的的间间隔隔是是均均匀匀的的，，表表明明小小车车受受到到的的阻阻力力跟跟它它的的重重力力沿沿斜斜面面向向下下的的分分力力平衡3、探究动能定理、探究动能定理 实验原理实验原理如如图图所所示示装装置置，，保保持持小小桶桶和和砂砂的的质质量量及及小小车车质质量量M不不变变，，用用打打点点计计时时器器和和纸纸带带记记录录下下小小车车做做匀匀加加速速运运动动的的情情况况。

通通过过测测量量和和计计算算可可以以得得到到小小车车从从0点点到到A、、B、、C、、D、、E点点的的距距离离及及在在B、、C、、D、、E点点的的瞬瞬时时速速度度通通过过合合外外力力F对对小小车车做做的的功功W与与小小车车的的动动能能改改变变的的关关系系便便可可验验证证动能定理动能定理mM打点计时器打点计时器纸带纸带注意事项注意事项: :1．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总．砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总质量2．平衡摩擦力．平衡摩擦力实验原理实验原理:4、、 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律实实验验装装置置如如图图所所示示当当物物体体自自由由下下落落时时，，只只有有重重力力做做功功，，物物体体的的重重力力势势能能和和动动能能互互相相转转化化，，机机械械能能守守恒恒若若某某一一时时刻刻物物体体下下落落的的瞬瞬时时速速度度为为v，，下落高度为下落高度为h，，则应有：则应有：借助打点计时器，测出重物某时刻的下落借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度高度h和该时刻的瞬时速度和该时刻的瞬时速度v，，即可验证机即可验证机械能是否守恒械能是否守恒注意事项注意事项:1．．打打点点计计时时器器安安装装时时，，必必须须使使两两纸纸带带限限位位孔孔在在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

同一竖直线上，以减小摩擦阻力2．．选选用用纸纸带带时时应应尽尽量量挑挑第第一一、、二二点点间间距距接接近近2mm的纸带3．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重锤的质量不需要测量重锤的质量变式探究变式探究运用打点计时器你还可以设计出哪运用打点计时器你还可以设计出哪些实验？请至少设计出一个实验方些实验？请至少设计出一个实验方案并写出实验原理和实验的步骤和案并写出实验原理和实验的步骤和数据处理的方法数据处理的方法可用打点计时器进行的实验：（参考）可用打点计时器进行的实验：（参考）1．判断物体是否做匀速直线运动．判断物体是否做匀速直线运动2．研究匀变速直线运动．研究匀变速直线运动3．验证牛顿运动定律．验证牛顿运动定律4．探究动能定理．探究动能定理5．验证机械能守恒定律．验证机械能守恒定律6．验证动量守恒．验证动量守恒7．测定物体所受的阻力或接触面的动摩擦因．测定物体所受的阻力或接触面的动摩擦因数数8．测定弹簧的弹性势能．测定弹簧的弹性势能9．测定电动机的额定功率．测定电动机的额定功率10．测定转盘的转动角速度等．测定转盘的转动角速度等 某同学用图甲所示的实验装置研究小车在斜面某同学用图甲所示的实验装置研究小车在斜面上的运动，实验中使用的打点计时器的打点周期上的运动，实验中使用的打点计时器的打点周期为为T。

他的实验步骤如下：他的实验步骤如下：①①按图甲安装好实验器材；按图甲安装好实验器材；②②接通电源生，让拖着纸带的小车沿平板斜面向接通电源生，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次下运动，重复几次③③选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图乙中取一个计数点，如图乙中0、、1、、2……6点所示；点所示；④④测量相邻两个计数点之间的距离，分别记作测量相邻两个计数点之间的距离，分别记作s1、、s2、、s3……s6；；⑤⑤通过测量和计算，判断出小车沿平板斜面做匀通过测量和计算，判断出小车沿平板斜面做匀变速直线运动变速直线运动1）利用该同学测量的数据可以得到小车的加）利用该同学测量的数据可以得到小车的加速度速度a=           2））若该同学在实验中用量角器还测出了平板若该同学在实验中用量角器还测出了平板斜面的倾角斜面的倾角a，，且已知当地的重力加速度值且已知当地的重力加速度值g，，则则在以下物理量中，还能计算出在以下物理量中，还能计算出           （填字母序（填字母序号）。

号）A．．小车的质量小车的质量B．．小车与平板斜面之间的动摩擦因数小车与平板斜面之间的动摩擦因数C．．小车到达斜面底端时的速度小车到达斜面底端时的速度D．．小车滑下过程中损失的机械能小车滑下过程中损失的机械能0某探究学习小组的同学欲验证某探究学习小组的同学欲验证“动能定理动能定理”，，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：则：（（1）你认为还需）你认为还需要的实验器材有要的实验器材有                    ．．水平实验台水平实验台滑轮滑轮小沙桶小沙桶滑块滑块细线细线打点计时器打点计时器纸带纸带长木板长木板（（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是足的实验条件是                   ，实验时首先要做的，实验时首先要做的步骤是步骤是                    ．．（（3）在（）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量的质量M．．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量此时沙和沙桶的总质量m．．让沙桶带动滑块加速让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和和这两点的速度大小这两点的速度大小v1与与v2（（v1< v2）．）．则本实验最则本实验最终要验证的数学表达式为终要验证的数学表达式为                   （（用题中的用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．字母表示实验中测量得到的物理量）．0某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推的前端粘有橡皮泥，推动小车动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．（（1）若已得到打点纸带如图所示，并测得各计）若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距标在图上，数点间距标在图上，A为运动起始的第一点，为运动起始的第一点，则应选则应选____段起计算段起计算A的碰前速度；应选的碰前速度；应选____段来计算段来计算A和和B碰后的共同速度（填碰后的共同速度（填AB、、BC、、CD、、DE）．）．（（2））已测得小车已测得小车A的质量的质量m1=0.40kg，，小车小车B的质量的质量m2=0.20kg，，由以上测量结果可得：由以上测量结果可得：碰前总动量碰前总动量=______kg·m/s       碰后总动量碰后总动量=______kg·m/s0一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，用下面的方法可以测量它匀速转面的水平轴转动，用下面的方法可以测量它匀速转动的角速度。

动的角速度实验步骤：实验步骤：A．．用游标卡尺测量圆盘的直径用游标卡尺测量圆盘的直径B．．如图如图13所示，将电磁打点计所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧侧面上，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上面上C．．启动控制装置使得圆盘转动，同时接通电源启动控制装置使得圆盘转动，同时接通电源（频率（频率50Hz），），打点计时器开始打点打点计时器开始打点D．．经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带进经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带进行测量89cm051013（（1）某次用游标卡尺测圆盘的直径时，示数）某次用游标卡尺测圆盘的直径时，示数见图，由图读出直径的值为见图，由图读出直径的值为__________m2））某次实验得到的纸带的一段如图某次实验得到的纸带的一段如图14所示由图可知由图可知a点到点到k点的时间间隔是点的时间间隔是________s由此可计算出纸带运动的速度大小为由此可计算出纸带运动的速度大小为________m/s。

若测得圆盘直径的平均值为若测得圆盘直径的平均值为8.00×10-2m，，则可求出圆盘的角速度为则可求出圆盘的角速度为_________rad／／s图图14140某某研研究究小小组组为为测测量量一一个个遥遥控控电电动动小小车车的的额额定定功功率率, ,进行了如下实验进行了如下实验: : ① ①用天平测出电动小车的质量为用天平测出电动小车的质量为0.40.4kgkg；；②②将将电电动动小小车车、、纸纸带带和和打打点点计计时时器器按按如如图图所所示示安装；安装；③③接通打点计时器（其打点周期为接通打点计时器（其打点周期为0.020.02s s）；）；④④使使电电动动小小车车以以额额定定功功率率加加速速运运动动, ,达达到到最最大大速速度度一一段段时时间间后后关关闭闭小小车车电电源源, ,待待小小车车静静止止时时再再关关闭闭打打点点计计时时器器（（设设小小车车在在整整个个过过程程中中小小车车与与纸纸带带所所受受的的阻阻力力恒恒定定））．．在在上上述述过过程程中中, ,打打点点计计时时器器在在纸纸带带上上所所打打的的部部分分点点迹迹如如图图所所示（已知纸带左端与小车相连）．示（已知纸带左端与小车相连）．请分析纸带数据，回答下列问题：请分析纸带数据，回答下列问题： （计算结果（计算结果均保留三位有效数字）均保留三位有效数字） （（1 1）电动小车运动的最大速度为）电动小车运动的最大速度为 m/sm/s（（2 2））电动小车关闭电源后加速度大小为电动小车关闭电源后加速度大小为 m/sm/s2 2（（3 3））电动小车的额定功率为电动小车的额定功率为 W W．．0。