第 4 节 实验：用打点计时器测速度
研究物体的运动， 就要知道物体运动的位移、 时间等，但这样还不能完整地描述运动． 生
活中，我们还会提出这样的问题： 物体在哪个位置运动的更快？如何描述物体在某一位置或
某时刻运动的快慢呢？这就要知道物体在某位置的速度，
即瞬时速度， 为此， 本节就要学习
一种测量瞬时速度的方法．
一、实验目的
1．练习使用电磁打点计时器或电火花计时器．
2．学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况．
3．利用 v－ t 图象分析实验数据，描述物体的运动．
二、实验原理
1．两种打点计时器当接通
50 Hz 的交流电时，都是每隔
0.02 s 打一次点．
2．当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置， 线段上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移，
根据平均
速度的定义式
v＝
x，当
t
t 很短时，可以认为
x等于
t
t 时刻的瞬时速度．
三、实验步骤
1．把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，并检
查两条白纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否夹在两条纸带之间．
2．把计时器上的电源插头插在交流 220 V 电源插座上．
3．接通开关，用手水平地拉动两条纸带，纸带上就会打下一系列的点迹． 4．取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出
n 个点，这些
点划分出来的间隔数为
(n － 1) ．由此计算出纸带从第一个点到第
n 个点的运动时间为
0.02(n
－1) s.
5．用刻度尺测量出第一个点到第
n 个点的距离 x，再利用公式
v ＝
x计算纸带通过这
t
段位移时的平均速度．把测量和计算的结果填入表中．
6．在小纸带上标记连续 7 个计数点，分别标上记号
A、B、C、D、 E、 F、G.用刻度尺测
量每相邻两个点间的距离，分别记为 x1、x2、 x3、 x4、 x5、 x6，记录到表中．
7．根据表中对纸带数据的测量结果，运用学过的知识判断：物体在这段时间内的运动
是匀速直线运动还是变速直线运动？说出判断的理由．
8．将 B、 C、 D、E、 F 作为测量点，分别测量包含这些点的一段位移
x，由于 t 很
小，求出
t 内的平均速度，即等于各点的瞬时速度，记入表中．
四、注意事项
1．电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用
6 V 以下交流电源；电火花计时器使
用 220 V 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，待打点计时器稳定时再用手拉纸带．
4．手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集．
5．复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰．
6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
五、实验数据处理
1．根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度．
(1) 在纸带上相邻两点的时间间隔均为 0.02 s( 电源频率为 50 Hz) ，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小．
x
(2) 根据 v＝
t ，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， t 为两点间的时间间隔数与0.02 s
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
－2 所示， vE≈ v DG或 vE≈ v DF.
图 1－ 4－ 2
说明：在粗略计算
E 点的瞬时速度时，可利用 v＝
x公式来求解，但须注意的是，如
t
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．
六、利用 v－ t 图象分析物体的运动
1． v－t 图象
用横轴表示时间
t ，纵轴表示速度 v，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描
点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图
1－ 4－ 3 所示的 v－ t 图象．
图 1－ 4－3
图 1－ 4－4
2． v－t 图象的意义
v－ t 图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹．
3．匀速直线运动的 v－ t 图象
(1) 匀速直线运动的
v－ t 图象是与时间轴平行的直线，如图 1－ 4－ 4 所示，直线 a、 b
分别表示 va＝4 m/s ， vb＝8 m/s.
1－4－ 5
(2) 从匀速直线运动的 v－t 图象中不仅可以看出速度的大小， 并且可以求出位移， 根据
位移公式 x＝ vt ，在 v－ t 图象中就对应着边长分别为
v 和 t 的一个矩形面积， 如图 1－4－ 5
中画斜线的部分．
七、利用现代科技测速度的方法
1．借助传感器用计算机测速度．详见课本．
2．借助数字计时器和气垫导轨测速度．详见课本．
这样测得的速度也不是瞬时速度，应是遮光条在遮光这段时间内滑块的平均速度．
3．利用频闪照相分析计算物体的运动．
研究物体的运动规律，除用打点计时器外，还可以用频闪照相，在暗室里放上照相机，
让快门一直打开， 旁边用频闪灯照相， 因为频闪灯每隔相同时间瞬间闪光一次，
在照相底片
上就留下物体的一系列像，研究物体在不同闪光时刻成的像，就能了解物体的运动规律．
因为频闪照相能记录物体在不同时刻的位置，
所以也和打点计时器一样能分析研究物体
的运动规律 .
.
一、利用纸带判断物体的运动情况
例 1 关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是
( )
A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动
B．点迹变稀，说明纸带做加速运动
C．点迹变密，说明纸带做加速运动
D．相邻两点间的时间间隔相等
解析
打点计时器的振针打点的频率一定 (50 Hz) ，相邻两点间的时间间隔相等，如果
纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密．
答案
ABD
(1) 选取一条点迹清晰的纸带为研究对象． (2) 分析纸带上点与点之间间隔的变化情况．
(3) 若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动 .
二、平均速度和瞬时速度的计算
例 2 图 1－ 4－ 8 是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔 为 0.02 s ，纸带旁边是一把最小刻度为1 mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：
(1) 在 AC这段时间内的平均速度； (2) 在 B 点的瞬时速度．
图 1－ 4－8
解析 (1) 根据平均速度的定义， AC这段时间内的平均速度就等于
时间的比值．位移的大小可以从刻度尺上直接读出： 间间隔，所以 A 到 C所用的时间 t ＝0.02 s×9＝ 0.18
x ＝ t ＝
4.00 ×10 －2 m
0.18 s
A 到 C 的位移跟所用
x＝ 4.00 cm，A 到 C 共 10 个点， 9 个时 s，所以 AC这段时间内的平均速度 v
＝ 0.22 m/s ；
x
(2) 根据公式 vB＝ 来计算 B 点的瞬时速度． 为了尽量精确地反映物体在
t
B 点的运动快
慢，我们尽量在靠近 B 点的地方取得数据， 例如取靠近 B 点的左右两个点， 左边点在刻度尺
上的读数是 1.77 cm ，右边点在刻度尺上的读数是 ＝0.88 cm，两点间相隔的时间为
2.65 cm ，那么
x＝ 2.65 cm － 1.77 cm
t ＝0.02 s×2＝ 0.04 s，所以 B 点的瞬时速度
v ＝
B
x
t ＝
－2
m
0.88 ×10
＝0.22 m/s.
0.04 s
答案
(1)0.22 m/s (2)0.22 m/s
三、速度—时间图象的理解
图 1－ 4－9
例 3 如图 1－ 4－ 9 所示为某物体的 v－ t 图象，试说明该物体的运动情况．
解析
0～ 4 s 物体做加速运动，末速度为
12 m/s ；
4～ 6 s 物体做减速运动，末速度为
0；
6～ 7 s
物体做反向加速运动，末速度大小为 4 m/s ；
7～ 8 s
物体做反向减速运动，末速度为
0.
答案 见解析
1. 通过打点计时器得到的一条纸带上的点迹不均匀，下列判断正确的是
( )
A．点迹密集的地方物体运动的速度较大
B．点迹密集的地方物体运动的速度较小
C．点迹不均匀说明物体做变速运动
D．点迹不均匀说明打点计时器有故障
答案
BC
2．在下列四个图象中，表示匀速直线运动的是
(
)
答案 BC
解析
在 v-t 图象中表示匀速直线运动的图线是平行于
t 轴的一条直线； 在 x-t
表示匀速直线运动的图线是过原点的直线，故选项 B、 C项正确．
3．根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是
图象中
《实验：用打点计时器测速度》同步练习及答案
