第4节 实验：用打点计时器测速度
编写人：梁廷英 审核人高一物理组 2011-9-17
学习目标:
1.了解电磁打点计时器和电火花计时器的构造、差异及功能. 2.能够阅读产品说明书，掌握打点计时器的使用方法.
3.初步学会从纸带上获取时间和位移等实验数据信息进行处理，测定物体的运动速度.
4. 会用描点法描绘物体的速度—时间图象，并从中获取物理信息. 学习难点
处理纸带的方法，用描点法画图象的能力. 课前准备
电磁打点计时器、电火花计时器、纸带（每小组两条）、透明塑料刻度尺（长度在30 cm以上）、学生电源（使用4 V——6 V交流电压挡）、导线若干 教学过程
一.电磁打点计时器（如图1-4-1）
1. 电磁打点计时器的作用:
2. 电磁打点计时器工作电压的特点?每隔多长时间打一次点?
3. 观察打点计时器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称?
明确工作原理？
4.阅读其使用说明书, 明确使用方法.
归纳总结：电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图1-4-1所示.工作电压为4 V——6 V.当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点.通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面.当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中.由于振动片的磁极随着电流方向的改变面不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s.位于振片一端的振针就跟着上下振动起来，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列小点.
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交流与讨论一：电磁打点计时器使用低压交流电源工作，大家想一想能不能使用直流电源，为什么？
例1： 电磁打点计时器的打点周期取决于（ ）
A.交流电压的高低 B.交流电的频率
C.永久磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸间的距 二、电火花计时器.
观察打点计时器并阅读说明书，明确电火花计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.如图1-4-2.
图1-4-2
归纳总结：使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片（直径约38 mm）的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20 mm×700 mm）从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间.这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度.也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本.
交流与讨论二 从原理上考虑，电火花计时器与电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小？
三、练习使用打点计时器 学生阅读：.实验步骤
1.将电源和打点计时器连接好，让纸带穿过打点计时器的限位孔。注意纸带放在复写纸（或墨粉纸盘）的下面。
2.打开电源，打点计时器稳定工作后，用手拉动纸带，这样就打出了一条纸带。同样的方法
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打出三条。注意打完一条后，立即关闭电源。 3.选出点迹较为清晰的一条，留作求速度用。
交流与讨论三：纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关的数据？
交流与讨论四： 开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处？
学生阅读： 振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因？怎样调整？
可检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上，可将压纸框向下压恢复其原来位置.
补充1.可能是复写纸该换新的了.
补充2.可能是振动片的振幅太小，可调整振动片的位置.
补充3.可能是振针的位置太高，调整振针的位置，直到打出点为止.
补充4.所选的电压在4 V和6 V的情况下，打点的清晰度有点差别，电压高的时 候稍清晰，所以可调高一点电压.
学生阅读：电火花计时器的纸带安装方法
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.学生实验时可采用这一方法.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.不管用哪种方法,打完纸带后应立即切断电源.
例2 处理纸带时，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，这些点划分出来的时间间隔数是多少？怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？
例3 打在纸带上的点，记录了纸带的运动时间.如果把纸带和运动的物体连接在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置.研究纸带上的点子之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移，从而了解物体的运动情况.请你用简短的语言描述图1-4-3所示每条纸带记录的物体的运动情况.
图1-4-3
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四、用打点计时器测量瞬时速度
问题1 我们已经可以求解纸带上某段时间的平均速度，但是，如何来求解某点的瞬时速度呢？
问题2如何测量两点间的距离，测量误差会小一点？
问题3我们用 平均速度代替瞬时速度，是不是时间段越短越好？ .
五、用图象表示
学生阅读 在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的速度，用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度.将（v,t）作为一组坐标在图象中描点，将点连线后得出的图象称为速度—时间图象（v-t图象），简称速度图象.
作图训练：要求学生用打点计时器测得数据填写的表格作出图象——速度时间图象.
手拉纸带的数据 距离d/m 0.029 0 0.038 3 0.044 9 0.045 9 0.045 9 0.056 0 0.057 8 0.056 2 0.057 8 0.057 4 0.058 8 时间t/s 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 速度v/(m·s-1) 0.29 0.38 0.45 0.46 0.46 0.56 0.58 0.56 0.58 0.57 0.59 学生具体操作，教师指导学生画v-t图象时，横轴、纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取，使描绘的v-t图象能充满坐标平面的大部分空间. 学生具体描点.
教师引导学生虽然可以根据所描的点的走向大致看出纸带速度的变化规律，但为了更加清晰地反映规律，可把这些点用折线连起来.
教师引导：速度的变化应该是比较平滑的，所以，如果是用一条平滑的曲线来“拟合”这些点，曲线反映的规律应该与实际情况更接近.
教师指导学生换用红色笔用平滑的线将刚才描过的点再重新描画一遍.如图1-4-4. 手拉纸带的速度—时间图象（示例）
图1-4-4
六．课堂小结.
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高中物理新课标人教版必修一优秀教案：实验：用打点计时器测速度(修复的)
