推荐高一必修一打点计时器讲义Word格式文档下载.docx

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当交流电转为负半周时，电流方向如图1-4-2乙所示，簧片左端变为S极，永久磁铁使簧片受到一个向上的力.随着交变电流方向的周期性变化，簧片周期性地受到向下、向上的力就振动起来.位于簧片一端的振针随簧片的振动而在复写纸上打点.如果在复写纸下有运动的纸带，振针就在纸带上打出了一系列的点.交流电源的频率为50Hz时，它每隔0.02s打一个点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔是0.02s.

（3）电火花计时器的工作原理

电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉，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.使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔.当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹.当电源频率是50Hz时，也是每隔0.02s打一次点.

2、用打点计时器测速度

（1）实验步骤

①把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面.

②把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源接线柱相连接.

③打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打下了许多小点.

④取下纸带，关闭电源.从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少小点.如果共有N个点，那么点的间隔数为（N-1）个，纸带的运动时间

=0.02（N-1）s.

⑤用刻度尺测量一下从开始计数的一点到最后一点间的距离.

⑥利用公式计算出纸带在这段时间内的平均速度.

⑦在纸带上取连续的6个点，用刻度尺量出相邻两个点间的距离，判断纸带的这段运动是匀速运动还是变速运动.判断依据是:

若连续两点间的距离相等，则物体做匀速运动;

反之，则做变速运动.

（2）实验数据处理

①根据纸带分析物体的运动情况并计算平均速度

A、在纸带上相邻两点的时间间隔均为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小.

B、根据，求出任意两点间的平均速度，这里可以用直尺测量出两点间的距离，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.

②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1-4-3所示，或

【说明】在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用公式来求解，但需注意的是，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，但是距离过小会使测量误差增大，应根据实际情况选取这两个点.

3、探究小车速度随时间变化的规律

（1）实验原理

把纸带跟运动物体连接在一起，并穿过打点计时器，这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置，研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况.

（2）实验步骤

①把附有滑轮的长木板放在实验台上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路.如图2-1-1所示.

②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上合适的钩码.放手后，看小车能否在木板上平衡地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在车的后面.

③使小车停在打点计时器处，先接通电源，后释放小车让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点，取下纸带，将此纸带记录为纸带I.

④增加一个钩码，按上述方法打出纸带II.

⑤在打纸带I时的基础上减少一个钩码，仍按上述方法打出纸带III.

⑥整理器材.

（3）实验数据的处理

①纸带的选取

从三条纸带上选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点.为计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间间隔，即T=0.1s.

②采集数据的方法

如图2-1-2所示，不直接测量两个计数点间的距离，而是要先量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4…然后再计算出相邻的两个计数点的距离.

③速度的计算方法

各计数点的瞬时速度用平均速度来代替，即

…（为相邻两个计数点之间的时间间隔）

将各计数点对应的时刻及瞬时速度填人下表中:

4、由纸带求加速度的方法

由图2-1-5所示的纸带各计数点1,2,3,4,5…所对应的速度分别是v1、v2、v3、v4、v5…，T为计数点间的时间间隔.

方法一:

依各相邻计数点间的加速度求.

从结果看，真正参与运算的只有v1和，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用.

方法二:

逐差法求

分别以1,4,2,5,3,6,…等点的速度计算加速度，即

这样可使各点的瞬时速度都参与了运算，可减小误差。

比较两种方法，“方法二”比“方法一”好，一般不用方法一。

方法三:

由图象求加速度

由多组数据描绘出v-t图象，v-t图象的直线斜率即为物体运动的加速度.

三种方法中，最准确，科学的是方法三，不过较繁琐一点.

四、典型例题

【例1】如图1-4-13所示的四条纸带，是某同学练习使用打点计时器得到的纸带（纸带的左端先通过打点计时器）.从点迹的分布情况可以断定：

纸带A、C是匀速通过打点计时器的，纸带B是越走越快的，纸带D是开始越走越快，后来又越走越慢的。

若所用电源的频率是50Hz,图中D纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时

0.04s，位移为0.27m,这段时间内纸带运动的平均速度是6.75m/s，BC段的平均速度是11.00m/s，AD段的平均速度是7.88m/s（保留两位小数）.

【解析】速度是单位时间内物体所通过的位移。

纸带上每相邻两点间的时间间隔相等，因此物体匀速运动时，相邻两.点间的距离相等，所以A,C纸带是匀速通过打点计时器的；

B纸带相邻两点间距离越来越大，则速度越来越大，因此B纸带是越来越快地通过打点计时器的；

D纸带相邻两点间的距离先变大，后变小，说明速度先变大后变小，因此D纸带是开始越来越快，后来又越来越慢。

所用电源的频率是50Hz，则相邻两点间的时间间隔为0.02s，从A点到B点有两段时间间隔，所以时间为0.04s,位移为0.27m，这段时间的平均速度为，代入数值得平均速度为6.75m/s.BC段的位移为22cm，即0.22m,所用时间为0.02s，代入上式得平均速度为11.00m/s，而AD段的位移为63cm,

即0.63m,所用时间为0.08s，代入上式得平均速度为7.88m/s.

[答案]A,CBD0.040.276.7511.007.88

【例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，从0点开始每5个点取1个计数点的纸带如图2-1-8所示，其中，0,1,2,3,4,5,6都是计数点。

测得x1=1.40cm,x2=1.90cm,x3=2.38cm,x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm.

（1）在打点计时器打出点1,2,3,4,5时，小车的速度分别为v1=16.50cm/s,v2=21.40cm/s,v3=26.30cm/s,v4=31.35cm/s,v5=36.30cm/s;

（2）在平面直角坐标系中作出小车运动的v-t图象;

（3）分析小车的速度随时间变化的规律.

【解析】

（1）相邻两计数点之间的时间间隔

T=0.02×

5s=0.1s则

（2）以时间t为横轴，速度v为纵轴，建立直角坐标系.

根据以上计算出来的各计数时刻的速度值，用描点法即可作出小车运动的，v-t图象，如图2-1-9所示.

（3）由图可知，描绘小车运动的v-t图象是一条向上倾料的直线，可判断

小车的速度是随时间均匀增加的.

【点评】

（1）处理纸带时，一定要分清计时点和计数点的区别，搞清计数点之间的时间间隔T;

（2）小车的速度随时间均匀增加，意味着其加速度恒定.

五、课堂练习

在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50Hz，如图1－11所示是一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4＝__________m/s，小车的加速度大小a＝______m/s2.（结果保留三位有效数字）

图1－11

解析：

v4＝＝m/s＝0.405m/s

x1′＝0.0140m，x2′＝x2－x1＝0.0215m

x3′＝x3－x2＝0.0290m

x4′＝x4－x3＝0.0370m

x5′＝x5－x4＝0.0440m

x6′＝x6－x5＝0.0515m

a＝

＝m/s2

≈0.756m/s2.

答案：

0.405　0.756

六、课后作业

1、如图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．根据图中的数据，计算物体在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判断物体运动的性质．

【答案】物体在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小分别是19.0cm/s、60cm/s、60cm/s、59.5cm/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

BC段的平均速度为

CD段的平均速度为

DE段的平均速度为

在误差范围内，可认为，则物体先加速，后匀速

2、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？

【解析】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=0.02×

5s=0.1s，每隔0.1s纸带运动的位移分别是2.15cm、2.89cm、3.74cm、4.32cm、5.15cm，说明纸带作加速运动．

A、F间纸带运动的平均速度为

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．

3、如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔T＝0.1s.

图1－13

（1）在图1－14所示的坐标系中作出小车的v－t图线．

（2）将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是________cm/s，此速度的物理意义是_______________________________