高中物理必修一纸带问题分析 要点分析BWord文件下载.docx

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2.电磁打点计时器的原理

电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器，它的工作原理可以用图甲、乙来说明．当线圈中通入的交流电为正半周时，设电流方向如图甲所示，则线圈中被磁化的钢制簧片左端为N极，永久磁铁使簧片受到一个向下的力；

当交流电转为负半周时，电流方向如图乙所示，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．

4.电磁打点计时器与电火花计时器的比较

①两种计时器使用的都是交流电源；

当电源的频率为50Hz时，都是每隔0.02s打一个点．

②电磁打点计时器使用4～6V交流电，电火花打点计时器工作电压是220V交流电．

③无论是使用电磁打点计时器还是使用电火花计时器，打出的纸带上的点，都记录了纸带运动的时间．如果纸带是跟物体连接在一起的，纸带上的点就相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置，研究点之间的距离，就可以了解在不同时间里物体发生的位移、速度的大小和变化情况．

④电火花计时器工作时纸带运动受到的阻力比较小，实验误差较小．

5.使用打点计时器的注意事项

①会安装复写纸，并且会调节复写纸的位置，将纸带从复写纸下穿过．将计时器接入50Hz交流电源，从交流4V开始，观察振片振动情况，若振片振幅较小，再升高电压至6V；

对电火花计时器，应将墨粉纸盘套在纸盘轴上，两条纸带要对齐穿过限位孔，墨粉纸盘夹在中间，使用220V交流电源．

②开启打点计时器，待1～2s再拖动纸带打出点，观察点迹是否清晰，打完纸带后，立即关闭电源．

③在纸带上打不出点或点迹颜色过淡情况下，纠正时大致从以下方面注意：

电源电压较低情况下，可适当提高（对电火花计时器这种情况较少）；

调整复写纸位置或更换复写纸（或墨粉纸盘）；

调整打点计时器．

④调整打点计时器．如果打不出点，首先要检查压纸框的位置是否升高，阻碍了振片上的振针打不到纸带上，若是，可将压纸框向下压，恢复到原来的位置．这种情况一般是由于操作不当引起的．另外也可能是振片没有工作，在共振情况下，此时可松动固定振片的螺丝，适当调节振片位置，紧固后观察振幅，若达到或接近共振状态即可正常工作．如果振片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直到打出点为止．若振针向下调节过长，则打点的声音过大，且易出现双点，调节时要仔细．

⑤如果将打点计时器错接在学生电源的直流电源上（非稳压电源），也能在纸带上打出点迹，这是因为直流输出单向脉冲电流，频率为100Hz，会导致数据处理时错误．

⑥使用电火花计时器时，若用一条纸带要将纸带压在墨粉纸盘下，打完一条纸带后要将墨粉纸盘转一角度再打另一纸带，否则会只用纸盘的某一位置，打出的点迹颜色较淡；

若使用双纸带，将墨粉纸盘夹在中间，拖动时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉纸盘会随纸带转动，电火花将墨粉纸盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，点迹颜色较重，而上面的纸带没有点迹，可重复使用，但用两条纸带时摩擦阻力较大．不管用哪种方法，打完纸带后都应立即关闭电源．

要点二、实验原理和步骤、注意事项

1.实验目的

①进一步练习打点计器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法．

②利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律．

2.实验器材

附有滑轮的长木板、小车、带小钩的细线、钩码若干、打点计时器、纸带、刻度尺、导线、交流电源．

3.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．

4.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，再按同样的方法（不改变钩码个数）打出两条纸带．从这三条纸带中选用一条最清晰的，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．

5.注意事项

（1）平行：

纸带和细绳要和木板平行．

（2）一先一后：

实验中应先接通电源，后让小车运动；

实验后应先断开电源后取纸带．

（3）防止碰撞：

在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞．

（4）减小误差：

小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜.

（5）弄清间隔：

要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×

5s＝0.1s．

（6）仔细描点：

描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位．用细铅笔认真描点．

要点三、实验数据的处理

1.纸带上点的意义

①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．

②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．

③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．

2.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．

3.采集数据的方法

如图所示，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．

，

．

4.根据纸带分析物体的运动情况并计算速度

（1）根据纸带分析物体的运动情况并计算平均速度

①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．

②根据

，求出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，△x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．

各计数点的瞬时速度用平均速度来代替，即

…（△t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入下表中：

计数点位置编号n

1

2

3

4

5

6

时间t/s

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

相邻两计数点间的距离s/m

对应计数点的速度v/（m·

s－1）

5.由实验数据得到v-t图象

①如何由实验数据得出v-t图象

有了原始实验数据，如何更好地确定运动规律呢?

最好的方法是作v-t图象，具体的运动规律便能直接显现．

根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点．作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图象，它是一条倾斜的直线，如图所示．

②如何由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律

可以从两条途径进行：

一是通过直接分析图象（如图所示）的特点得到．小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线，那么当时间增加相同的值△t，速度也会增加相同的值△v．也就可得出结论：

小车的速度随时间均匀增加（或变化）．

二是通过图象写出函数关系式进一步得到结论，既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt+b，显然v与t成“线性关系”小车的速度随时间均匀增加（或变化）．

6.由纸带求加速度的方法

由图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．

，…，

求加速度的平均值

从结果看，真正参与运算的只有v1和vn+1，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

，则

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，不过较繁一点．

要点四、一些利用现代技术测速度的方法

除用打点计时器测速度外，还可用以下的方法进行测量：

（1）借助传感器用计算机测速度

如图所示是一种运动传感器的原理图，这个系统由A、B两个小盒子组成．将红外线、超声波发射器A盒固定在小车上，接收传感器B盒固定在某一位置并调整其高度与传感器A等高．小车上A盒发射器对着接收器B，并处在同一直线上．将接收传感器B探测到的红外线、超声波到达的时间差等数据输入计算机，利用专门软件可以分析小车的位移与时间的关系．将这些位移和对应的时间差再利用计算机进行处理，就可以分析小车的速度随时间的变化．根据小车的两个位置变化可求得△x，两位置的时间差为△t，则小车速度

（2）利用光电门测瞬时速度

实验装置如图所示，使一辆小车从一端垫高的木板上滑下，木板旁装有光电门，其中A管发出光线，B管接收光线．当固定在车上的遮光板通过光电门时，光线被阻挡，记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间．这段时问就是遮光板通过光电门的时间．根据遮光板的宽度△x和测出的时间△t，就可以算出遮光板通过光电门的平均速度

．由于遮光板的宽度△x很小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度．

（3）利用频闪照相分析计算物体的速度

频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法．在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1s闪光一次，即每秒闪光10次．当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置．通过这种